CFRP约束带载加固混凝土柱滞回性能试验研究

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近十年来,粘贴FRP加固混凝土结构技术在土木工程领域的应用越来越广泛。碳纤维(CFRP)布作为一种新型的FRP材料,有着优良的性能,此方面的研究对今后工程中的使用有重要的指导意义。目前针对CFRP约束加固混凝土柱的研究已广泛开展,并取得了丰硕的成果,然而现有的研究绝大部分都是针对未带载的新浇混凝土结构,而对带载约束混凝土的研究还处于开始阶段,对于带载可能引起的约束加固混凝土柱性能的变化还不甚了解,在实际工程中构件也是在承受一定荷载下进行加固的,研究人员对带载加固的试验研究较少,为此,本文对CFRP布应用加固混凝土矩形柱的滞回性能进行了试验研究,并主要模拟了在带载应力下对混凝土柱的加固。文中首先对7根混凝土柱(对比柱1根、CFRP加固柱6根)进行了低周反复试验。加固时为与工程实际一致,在500mm塑性铰范围内采用满贴加固。主要考察了轴压比、CFRP缠绕层数、轴压比及增大配箍率等参数对混凝土柱的滞回性能的影响。并对柱的破坏特征、滞回曲线、位移延性系数、骨架曲线、耗能性能以及刚度退化进行了详细的分析。试验结果表明:用CFRP包裹粘贴混凝土柱,可以提高极限承载力、延性和耗能性能,从而改善柱的抗震性能;加固后的柱在轴压比较高时表现出优越的性能;在带载状态下对柱进行加固,可以显著提高构件的累积耗能能力和延性。然后,本文对3根名义轴压比为0.75的钢筋混凝土柱进行了损伤加固分析,由试验结果可知:对预损伤的构件进行加固,可以较好的改善构件的抗震性能。本文应用现有的CFRP约束混凝土理论,分析了CFRP约束矩性柱的受力特点;并在试验研究的基础上,通过引入所谓的“剩余强度”概念,在Lam和Teng针对直接加固提出的FRP约束矩形柱模型基础上,根据《混凝土结构设计规范(GB50010-2002)》对混凝土柱抗弯承载力的计算方法进行修正,提出了CFRP约束加固混凝土柱的抗弯承载力计算公式。最后,本文根据Yimin Li提出的FRP直接加固混凝土方柱满足抗震及延性需求的纤维用量的计算公式,结合Lam和Teng的模型提出了CFRP带载约束所需加固量的公式,为设计人员进行加固设计提供参考。
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