CFRP加固锈蚀钢筋混凝土柱承载力试验研究

１０％。．８６
ＣＲ￣固锈蚀钢筋混凝土柱因目前还缺乏比较ＦＰＤ
成熟的计算理论与方法而迫切需要进行研究。本文主
要研究局部箍筋锈断的混凝土柱承载力退化和ＣＲＦＰ加固后承载力的恢复情况。
２０９，ｈｎｈｉＣｉａ．ｏｔｏｔｒｌＲｓａｃｔｔｎＪａｇｕＮ．ＣｎｔｃｉｎｎｔｌｔｎＣ．ｔ．００２Ｓａｇａ，ｈｎ；３ｓｄｃｏａｅｅｒｈＳａｉ，ｉｓｏ１ｏｓｕｔｎａｄＩｓｌｉｏ，Ｌｄ，Ｐｏｎｒｏａａｏ，
组别
表１试验柱设计
试件编号
ＡＣ — ｌＯ
箍筋布置
嘶＠１００
ｍ６０＠８０
纵筋锈蚀率
建
・
筑
技
术
第４卷第１２２期２１年１０１２月
Ｖｏ．２Ｎｏ１１．２４Ｄｅ，２１ｃ０１
１３１４・
ＡｒｈｔｃｕｅＴｅｈｏｏｃｉｔｒｃｎｌ￣ｅ
ＣＲ加固锈蚀钢筋混凝土柱承载力试验研究ＦＰ
ｒｉｆｒｅｏｃｅｅｃｌｔｎｕｊｃｅｏｔｅａｉ，ｓａｌｅｃｎｒｎａｇｃｅｔｃｌａｓａｄｔｅｒｃｖｒｇｅｏｃｄｃｎｒｔｏｕｎｓｓｂｅｔｄｔｈｘａｍｃｅｔｃａｄｌｒｅｅｃｎｒｏｄｎｅｏｅｉｎｌｌｉｉｈｎ
（．ＴｉｈｕＰｌｅｈｉｌＣｌｇ，２３０Ｔｈｕ，ａｇｕ，ｈｎ；．ＳｈｏｆＣｖｎｉｅｒｇｒｎｊＵｉｒｉ，１ａｚｏｏｙｃｎｃｏｌｅ２５０，￣ｚｏＪｎｓＣｉａ２ｃｏｌｏｉｉＥｇｎｅｉ，＇ｇｎｖｓｔｔａｅｉｌｎｏｉｅｙ
２５０Ｔｉｏ，ｉｇｕＣｉａ２３０，ａｈｎＪｎｓ，ｈｎ）ｚａ
Ａｂｓｒｃ：Ｒｅａｄｎｔｔｅｏｓｂｌｙｆｏｒｄｄｔｒｐｌｓｎｅｆｃｉｅｅｓｏａｌｉｃｌｍｎｓ１ｔａｔｇｒｉｇｏｈｐｓｉｉｉｏｃｒｏｅｓｉｕｓｏｉｇｆｔｖｎｓｌｃｌｙｎｏｕｔｒｅ，２
ｓｅｉｎｃｌｍｎａｅｄｓｇｅａｄｐｃｍｅｏｕｓｒｅｉｎｄｎｍａｅｏｔｄｈｄｃｅｓｎａｏｈｏｄｃｒｙｎａａｉｙｏｏｏｅｄｔｓｕｙｔｅｅｒａｉｇｌｗｆｔｅｌａ－ａｒｉｇｃｐｃｔｃｒｄｄｆ
ＥＸＰＥＲＩＥＮＴＡＬＭＲＥＳＥＡＲＣＨｏＮＬＯＡＤ—ＣＡＲＲＹＩＮＧＣＡＰＡＣＩＴＹＯＦＣＯＲＲＯＤＥＤ
ＲＥ胂ｏＲＣＥＤＣｏＮＣＲＥＴＥＣｏＬＵＭＮＳＳＴＲＥＮＧＴＨＥＮＥＤｒＨＷｒＣＦＩ
ＣＨＥｏｇｑｕ，ＪＡＮＧＦｎ－ｈｎ２，ＺＨＮＨｎ－ｉ’ Ｉｅｇｃａｇ。ＯＵＧｕ－ｉｎ ’ ｉｘａｇ，ＸＵＥＪａ－ｈｎ。ＵＪａ。ｉｎｓｅｇ，Ｆｉｎ
降低规律和碳纤维布（ＦＰ￣固后锈损柱承载力恢复的规律。ＣＲ）ｉ３关键词：锈蚀钢筋混凝土柱；碳纤维加固；承载力；变形能力
中图分类号：Ｕ４．Ｔ７６３文献标识码：Ａ文章编号：００４２（０１１— １４０１０～７６２１）２１３— ５
ｌｆｔａｓｅｇｅｅｉａｏｂｒｃｍｏｉｈｅＣＲ）ａｏｔｔｎｔｎｄｗｔｃｒｎｆｅｏｐｓｅｓｅｔ（ＦＰ．ｗｈｒｈｈｂｉｔＫｙｗｒｓｃｒｄｄｒｎｒｄｃｎｒｅｃｌｍ；ｔｎｈｎｄｗｔｃｒｏｂｒｃｍｏｉｈｅ（ＦＰｅｏｄ：ｏｒｅｅｆｃｏｃｔｏｎｓｅｇｅｅｉａｎｆｅｏｐｓｅｓｅｔＣＲ）；ｏｉｏｅｅｕｒｔｈｂｉｔ
合比为水泥：：：１．９：．２０６３石子最大粒砂石水＝：６８５８：．１。３７
径为２ｍ采用中粗砂，２５普通硅酸盐水泥，０ｍ，４．级混凝
土保护层厚度为２０ｍｍ，纵向钢筋４１，配筋剑胜，伏健
（．１泰州职业技术学院，２３０江苏泰州；２同济大学土木工程学院，００２上海；２５０，．２０９，３江苏省第一建筑安装有限公司博士后工作科研站州，２３０，．２５０江苏泰州）
摘要：设计制作１根钢筋混凝土试验柱，究在轴心受压、２研小偏心受压和大偏心受压条件下试验柱承载力的
ｌａ — ａｒｉｇｃｐｃｔ；ｄｆｒｂｉｔｏｄ— ｒｙｎａａｉｃｙｅｏｍａｌｙｉ
为快速高效修复受损钢筋混凝土柱，使其承载力满足使用要求，纤维复合材料（ＦＰ￣固方法已在碳ＣＲ）Ｎ
国内外一些工程中得到应用。

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CFRP加固钢筋混凝土构件力学及耐久性能试验研究的开题报告

CFRP加固钢筋混凝土构件力学及耐久性能试验研究的开题报告一、选题背景及意义随着工程技术的不断发展，建筑结构的使用寿命越来越受到关注。

很多钢筋混凝土构件在长时间使用后会产生裂缝和变形，从而影响整个结构的稳定性和耐久性。

为了解决这个问题，采取加固措施是一种可行的解决方式。

加固材料中，碳纤维增强聚合物（CFRP）是一种非常有前景的材料。

CFRP具有高强度、轻质、耐腐蚀等特点，在加固工程中有着广泛的应用前景。

二、研究目的本研究旨在通过实验研究，探讨CFRP加固对钢筋混凝土构件力学性能和耐久性能的影响。

具体目标包括：1.探究CFRP加固后钢筋混凝土构件的受力性能变化情况。

2.分析CFRP加固对钢筋混凝土构件的耐久性能影响，如抗裂性能、抗冻融性能等。

3.研究CFRP加固层数与钢筋混凝土构件力学性能和耐久性能之间的关系。

三、研究内容及方法本研究将通过实验研究的方法探究CFRP加固对钢筋混凝土构件力学性能和耐久性能的影响。

具体内容包括：1.制备试验样品：选取一定数量的钢筋混凝土试件，制备CFRP加固的试样。

2.进行力学性能试验：对于制备好的试样进行拉伸、压缩和弯曲等力学试验，测定试样在不同加载条件下的受力性能变化情况，并分析CFRP加固对钢筋混凝土构件力学性能的影响。

3.进行耐久性能试验：对于制备好的试样进行抗裂、抗冻融等耐久性能测试，分析CFRP加固对钢筋混凝土构件耐久性能的影响。

4.分析CFRP加固层数与钢筋混凝土构件力学性能和耐久性能之间的关系：通过多组实验数据的对比分析，探讨CFRP加固层数与钢筋混凝土构件力学性能和耐久性能之间的关系。

四、研究预期成果及意义本研究通过实验研究，对CFRP加固钢筋混凝土构件力学和耐久性能进行分析和探究，将获得以下成果：1.分析CFRP加固对钢筋混凝土构件力学性能的影响规律，探究加固层数与钢筋混凝土构件力学性能之间的关系。

2.分析CFRP加固对钢筋混凝土构件耐久性能的影响规律，包括抗裂、抗冻融等耐久性能。

CFRP和GFRP加固钢筋混凝土方柱的受力性能研究

CFRP和GFRP加固钢筋混凝土方柱的受力性能研究1. 研究背景和意义我国自 1997 年开始从国外引进纤维复合材料加固混凝土结构技术研究，纤维布加固技术具有施工方便、可包裹各种复杂形状的结构横截面，且不增加自重等优点，使得该技术成为了研究和工程应用的热点[4]。

碳纤维是纤维加固技术中运用最多的材料，其具有很高的抗拉强度，可达到钢材的 10 倍以上；具有很高的弹性模量，达到了钢材的 2 倍左右，；具有很低的密度；具有很强的耐久性，对于酸、碱、盐的腐蚀都能抵抗，不会生锈；柔韧性很好，可以包裹各种复杂形状的结构横截面；便于施工，有较好的可修复能力。

以上的众多优点使得碳纤维布与玻璃纤维布成为了工程中常用的粘贴加固材料。

碳纤维由于自身延伸率低，性质脆等特点，在地震时易产生崩断，使得加固突然失效，且生产成本较高。

玻璃纤维的耐碱性较差，会引起与结构结合程度不高，降低加固强度，且相较于碳纤维其抗拉强度较低。

而通过将两种纤维进行组合，来增强与改良其中的单一纤维的部分性能，并且降低生产成本，使材料兼顾实用性并具备更好的经济效益，让该材料具有承载初期高模量，屈服阶段高极限，破坏阶段高延性等特性[6]。

2. 国内外研究现状2.1 单一材料纤维布加固钢筋混凝土结构研究现状由于各国研究人员的试验与理论方面的研究，使得纤维布加固技术在实际工程中的应用迅速增加，多个国家相继编写了相应的要求与规范：1984 年，瑞士联邦材料实验室((EMPA)最早开始了 FRP 加固混凝土结构的研究，并成功将其应用于工程实际。

1998 年，欧洲为探究纤维加固技术而成立了相关研究机构，并发布了《高性能纤维复合材料加固混凝土结构设计指南》[11]。

1991 年，美国混凝土创办了研究纤维加固技术的组织，以针对纤维复合增强材料进行相关研发与试验，并在 2004 年颁布了一个 FRP 加固相关的试验指南[12]。

1996 年，我国清华大学、东南大学、中冶建研总院在“九五”国家重点项目“纤维材料加固修复混凝土结构技术研究开法与应用”的资助下，对 FRP 加固混凝土结构的关键技术进行了研究，这是我国内对这项技术研究的先例[13]。

FRP加固混凝土梁柱试验方案-2012.11.11

安徽省地方标准CFRP加固混凝土结构技术规程FRP加固钢筋混凝土梁柱试验方案FRP加固钢筋混凝土梁柱试验方案1 概述本试验是关于FRP加固钢筋混凝土梁柱力学性能的试验研究，试验分为二组，第一组为FRP加固钢筋混凝土梁的力学性能试验，试验主要考虑纤维材料类型（CFRP布、CFRP筋）、预载大小、配筋率、剪跨比等因素对FRP加固钢筋混凝土梁力学性能的影响；第二组为FRP加固钢筋混凝土柱试验，试验主要考虑纤维材料类型（CFRP布、CFRP 筋）、预载大小、配筋率以及偏心距等因素对FRP加固钢筋混凝土柱力学性能的影响。

2 试验目的1.FRP加固钢筋混凝土梁柱破坏形态和破坏机理。

2.预载大小对FRP加固钢筋混凝土梁柱承载力和破坏形态的影响。

3.各因素对FRP加固钢筋混凝土梁柱力学性能的影响变化规律。

4.FRP加固钢筋混凝土梁柱荷载－位移关系曲线的计算方法。

5. FRP加固钢筋混凝土梁、柱承载力、变形、裂缝、刚度等的设计计算方法。

6.FRP加固钢筋混凝土梁柱的施工构造措施。

3 FRP加固钢筋混凝土梁试验方案本次试验共34梁，试验梁的尺寸为2400⨯mm，净跨为2000mm，钢筋主250150⨯筋配置为HRB335级钢筋（梁受压区为2Φ10），箍筋采用HPB235筋，混凝土采用C30，混凝土保护层厚度为25mm。

3.1 FRP加固加固钢筋混凝土梁受弯试件设计FRP加固钢筋混凝土梁力学性能研究共进行3组，第一组试验中主要分析纤维材料的种类（CFRP布加固、CFRP筋加固以及混合加固）对FRP加固钢筋混凝土梁加固效果的影响；第二组试验研究预载大小对FRP加固钢筋混凝土梁承载性能的影响，第三组试验主要研究配筋率和加固量对FRP加固钢筋混凝土梁力学性能的影响。

各试件具体参数如表1所示，试件的配筋图和加固图如图1所示。

表1 FRP 加固钢筋混凝土梁受弯性能试验参数F12配筋及应变片布置F16配筋及应变片布置CFRP筋布置CFRP筋加固梁应变片布置CFRP筋布置1根CFRP筋加固应变片布置2根CFRP筋加固应变片布置CFRP片材应变片布置图1 CFRP布或筋加固钢筋混凝土梁抗弯性能试件配筋及测量仪器布置油压千斤顶荷载传感器分配梁12345图2加固试件加载示意图3.2 FRP加固加固钢筋混凝土梁受剪试件设计FRP加固钢筋混凝土梁受剪性能研究共进行3组，第一组试验中主要分析预载大小对FRP加固钢筋混凝土梁受剪性能的影响；第二组试验研究剪跨比对FRP加固钢筋混凝土梁承载性能的影响，第三组试验主要研究加固量对FRP加固钢筋混凝土梁力学性能的影响。

锈蚀钢筋混凝土柱受力性能研究

１２试验结果与分析．
１２１破坏形态．．
３随着轴向荷载偏心距的增大，）非锈蚀柱与锈蚀柱的混凝土
极限压应变明显减小。４当轴向荷载的偏心距较小时，蚀柱的横截面仍符合平截）锈
小偏心受压构件的破坏，是在柱跨中截面靠集中力一侧的混
面假定，但是当轴向荷载的偏心距较大时则不符合。
Ａｎｉｓｉｍｉｐｒｉａｏｎｓａｄｄｓｇｔ・ｅｓｃａｐａｓｌｐｉｔｎｅｉｎ
ｏ０００ｔｎｈｄａｌｒｓｗｒｓｏｘａｓｎｐｏｅｔｆ０ｏｙｒｕｉｐｅｓｏｋｈｐｅｐｎｉｒｊｃ１ｃｏ
和核心区混凝土约束能力降低，而导致承载能力进一步降低的缝附近。从不利因素。钢筋混凝土柱是结构的竖向传力构件，其安全性将直
接影响结构整体安全性，锈蚀钢筋混凝土柱的受力性能开展专对
门的试验与理论研究具有重要的理论意义与工程价值。
器
针对锈蚀钢筋混凝土柱的受力性能，国内外学者开展了较为Ｌ． ● 。．．●＿± ．，．一．．．．＿．．，．．营．謇．Ｉ【系统的研究，对锈蚀率、蚀区段长度和荷载偏心程度等影响锈锈
ＰＥＮＧｈｎＳａ
（ｈｎｈｉｎｔｕｃａｉｌＥｅｔｃｌｎｉｅｎｏ，ｔ，ｈｎｈｉ０００ｈａＳａｇａｓｔｔｏＭｅｎｃ＆ｌｒａＥｎｒｇＣ．ＬｄＳａｇａ０４，Ｃｉ）Ｉｉｅｆｈａｃｉｇｅｉ２ｎ

锈蚀钢筋混凝土柱承载力研究的现状与展望

锈蚀钢筋混凝土柱承载力研究的现状与展望收稿日期:2008 11 29作者简介:姜晔(1963 ),女,高级试验师,泰州职业技术学院,江苏泰州 225300周桂香(1965 ),女,工程硕士,高级农艺师,泰州职业技术学院,江苏泰州 225300姜晔周桂香摘要:论述了锈蚀钢筋混凝土柱承载力的试验研究现状,根据钢筋混凝土构件的锈蚀问题本身涉及的因素较多的特点,提出了锈蚀钢筋混凝土柱承载力相关问题尚需进一步研究的内容,以使钢筋混凝土柱能够发挥相关作用。

关键词:钢筋混凝土柱,锈蚀,承载力中图分类号:T U 312文献标识码:A在许多不利乃至恶劣服役环境中,混凝土柱更容易发生钢筋锈蚀现象。

例如工业厂房柱,一般在室内裸露,受酸、碱、盐、油、二氧化碳等有害液体及气体侵蚀的几率大,容易引起钢筋锈蚀,因此柱子的破损一般比较严重。

由纵向钢筋锈蚀、局部箍筋锈蚀乃至锈断、混凝土锈胀开裂等原因而引起的柱承载力降低及破坏现象,普遍存在于水工、海工、桥梁工程和工业与民用建筑中。

锈蚀钢筋混凝土构件的承载力问题,因目前还缺乏比较成熟的计算理论与方法而受到格外关注。

1 锈蚀钢筋混凝土柱承载力研究的现状国内外学者对锈蚀钢筋混凝土构件承载力的研究主要集中于对梁的研究,而对柱的研究相对较少。

目前,锈蚀钢筋混凝土构件承载力计算理论还不成熟、不完备,对实际工程的评估工作而言,这方面的需求极为迫切。

因此,很多学者从试验研究入手,研究锈蚀钢筋混凝土构件承载力的计算理论和方法。

在试验研究中,获取锈蚀钢筋混凝土试件的方法通常有三种:1)将实际工程中长期处于不利甚至恶劣环境下的锈蚀钢筋混凝土构件从工作现场截取下来作为试件;2)在实验室采用电化学加速锈蚀方法或喷射盐雾方法模拟锈蚀环境获取试件;3)将试件长期暴露于自然环境使其锈蚀。

这三种方法各有优缺点:第一种方法贴近工程实际,但构件的原始参数往往不易确定;第二种方法较容易实现,而且消耗时间较短,但与工程实际之间存在一定的近似性;第三种方法很容易实现,而且贴近工程实际,但是消耗时间较长。

CFRP筋增强混凝土偏心受压柱受力性能的试验研究

试验加载前 ,试件采用几何对中法就位。试验加载时 ,按估算的破坏荷载的 1 /10～1 /15分级施加。接近开裂荷载和极限荷载时 , 加载值减为原分级的 1 /2～1 /3。试件开裂前 ,认真观察构件是否开裂 ;试件
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土木工程学报
表 1 试件一览表 Table 1 D eta ils of test spec im en s
试件单侧配编号筋率 ( % )
偏心矩 e0 (mm )
e0 / h0
实测混凝土强度 (MPa)
ZP1
0. 34
24
0. 10
23. 96
ZP2
0. 34
72
0. 31
23. 96
ZP3
0. 34
144
由于 FRP筋的抗压性能不如抗拉性能理想 ,国内外对 FRP筋的受压性能及 FRP筋混凝土柱性能的研究相对较少。如果 FRP筋用在混凝土柱中能有一定的增强效果 ,从而就解决了在一些特殊环境中整个结构使用钢筋带来的一些问题。随着 FRP筋性能的进
第 42卷第 10期
龚永智等 ·CFRP筋增强混凝土偏心受压柱受力性能的试验研究
现有的研究中 ,在进行承载力计算分析时 ,大多假定 FRP 筋受拉、受压时弹性模量相同 , 没有针对 FRP筋的材料特性来建立 FRP筋混凝土柱的承载力计算方法。本文对配 CFRP纵筋和新型 CFRP箍筋的混凝土柱进行了试验研究 ,试验中分别考查了配筋率、混凝土强度和偏心距对其受力性能的影响 ; 基于 CFRP筋的材料特性 ,探讨了 CFRP筋混凝土柱偏心受压的承载力计算方法。
192
0. 82
29. 42

CFRP加固受损钢管混凝土轴压柱试验研究

ＧＵＷｅｉ，ＬＩＨｏｎｇ— ｎ７２，ＳＵＮＧｕｏ — ｓｈｕａｉ
（１．ＨｉｇｈｗａｙＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＱｕａｌｉｔｙＴｅｓｔｉｎｇＣｅｎｔｅｒ，ＬｉａｏｎｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１２２，Ｃｈｉｎａ；
摘要：采用４个受损轴压钢管混凝土柱试件和４个用碳纤维复合材料（ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓｔｉｃｓ，ＣＦＲＰ）加固的受损轴压钢管混凝土试件进行对比试验研究，分析两者的受力机理，评价
２．ＦａｃｕｌｔｙｏｆＩｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２６，Ｃｈｉｎａ）
算结果与试验结果吻合良好．关键词：钢管混凝土；碳纤维复合材料；混凝土本构关系；约束系数；轴压柱
中图分类号：ＴＵ３９３文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７ — ９６２９．２０１３．０１．０２６
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｕｒｄａｍａｇｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅｃｏｌｕｍｎｓｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｌａｓ — ｔｉｃｓ（ＣＦＲＰ）ａｎｄｆｏｕｒｃｏｎｔｒａｓｔｃｏｌｕｍｎｓｗｅｒｅｔｅｓｔｅｄ．Ａ１ｌｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｅｒｅｎｏｔｃｈｅｄｉｎｔｈｅｃｅｎｔｒａ１ｚｏｎｅｔｏｓｉｅ－ｒｕｌａｔｅｔｈｅｌｏｓｓｏｆｓｅｃｔｉｏｎｄｕｅｔｏｃｏｒｒｏｓｉｏｎ．Ａｌｌｓｐｅｃｉｍｅｎｓｗｅｒｅａｘｉａｌｌｙｌｏａｄｅｄｗｈｉｌｅｓｔｒａｉｎａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄｔｏｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｉｓｒｅｐａｉｒｃｏｎｃｅｐｔ．ＩｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｔｈｅＣＦＲＰｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔａｎｄｔｈｅａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｏｎｔｈｅｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｉｔｈｉｎｔｈｅｓｃｏｐｅｏｆｔｈｅｔｅｓｔ，ＣＦＲＰｗｏｕｌｄｅｎｈａｎｃｅｔｈｅｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｄａｍａｇｅｄｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃａｌｌｙｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅｃｏｌｕｍｎｓｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ；ｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｒａｔｅｏｆｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｄｕｅｔｏＣＦＲＰｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏ．Ａｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓａｌｓｏｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｃａｐａｂｌｅｏｆｐｒｅ —

CFRP加固钢筋混凝土小偏心受压柱承载力试验研究

于碳纤维布抗剪承载力较弱，当加固部位的膨胀方向为碳纤维布的顺纹方向（向）加固效果明纵时，
显；当膨胀方向为横向时，固效果就很弱，乎不加几起作用。基于此两点，纤维布加固受压试件横向碳粘贴比纵向粘贴更合理。同时，向粘贴方柱，横角
受力机理，得出加固构件承载力提高的理论基础。在此基础上，通过对８根钢筋混凝土试件的试验研究，出加固构件的实际得
承载力结果。对比分析理论与试验结果，总结出ＣＲＦＰ加固钢筋混凝土小偏心受压柱承载力提高规律，以供工程借鉴。关键词钢筋混凝土柱加固ＣＲＦＰ承载力Ｂ试验研究
于螺旋箍筋对混凝土的约束，而采用全包裹加固形式则等同于钢管对混凝土的约束。。由于碳。但
纤维布是一种柔性材料，以在对试件加载时，所碳纤维布只承受环向拉力，向承受压力，不能承径而受纵向的压力。加之碳纤维材料没有类似于钢筋的屈服点，达到极限抗拉强度之前，应力应变在其关系为线弹性，以，纤维加固钢筋混凝土构件所碳从开始加载至试件破坏大致经历二个阶段：、一当混凝土应力较小时，横向变形不大，纤维布的其碳
筋用４１ｉ，６２ｎ箍筋为４＠２ｏｍｎ加固及分组情况见ｍ６ｏｌ，表ｌＦＰ粘贴方式为全柱横向粘贴一层碳纤维布，。ＣＲ中间局部粘贴两层。构件两端做成牛腿形式，以防止

CFRP布加固钢筋混凝土异形柱力学性能数值研究

CFRP布加固钢筋混凝土异形柱力学性能数值研究异形柱是指其截面为L形、T形、十字形等形式的柱体,该种形式的柱子能够有效的避免室内出现明显的棱角、减轻结构的自重,并且使建筑内部布局更加美观。

虽然异形柱有很多方面的优点,但对钢筋混凝土异形截面柱力学性能的研究还很匮乏。

近年来,由于钢筋混凝土异形柱结构体系的广泛应用,对于钢筋混凝土异形柱结构体系的探索与研究成为一项重要研究课题。

混凝土柱使用过程中可能面临施工后混凝土浇筑强度低,设计荷载与实际应用荷载不符合等情况。

针对于钢筋混凝土异形截面柱,采用合理的加固方式尤为必要,碳纤维布作为相对成熟的加固材料,对异形柱的加固具有重要意义。

本文将基于ABAQUS有限元模型,对CFRP布加固混凝土异形截面柱的力学性能进行研究。

本文的主要研究工作包括:1.对CFRP布加固钢筋混凝土L形截面柱的相关理论公式进行补充和丰富。

2.建立合理的CFRP布加固钢筋混凝土异形截面柱有限元模型,根据已有的参考文献对模型的正确性加以验证,从而为后续的研究奠定基础。

3.拓展研究参数,基于ABAQUS分析的结果,确定偏心距、CFRP布粘贴层数、肢长比,混凝土强度等级、肢长肢厚比五个因素对CFRP布加固钢筋混凝土异形截面柱的影响规律。

4.根据有限元分析结果,为工程实际应用以及后续学者的研究提供科学依据。

CFRP加固钢筋混凝土柱承载力模拟分析

d o i :10.3963/j .i s s n .1674-6066.2024.01.022C F R P 加固钢筋混凝土柱承载力模拟分析李路彬(中国建筑设计研究院有限公司,北京100032)摘要: 为探究碳纤维复合材料(c a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d p o l ym e r ,C F R P )加固混凝土柱的承载能力,通过测量混凝土抗压强度㊁钢筋应力-应变关系及加固混凝土的黏结应力,得到了加固混凝土柱的轴压承载力计算值和模拟值㊂C F R P 布加固的钢筋混凝土柱的荷载-位移曲线趋势与非加固柱相近,C F R P 布加固柱的承载力较非加固柱的承载力提高了112.8%,加固试件的黏结强度增大了108.9%㊂关键词: C F R P ; 应力-应变关系; 耐久性D e s i g na n dA n a l y s i sM e t h o do f S t r e n g t h e n i n g R e i n f o r c e d C o n c r e t e S t r u c t u r e sL IL u -b i n(C h i n aA r c h i t e c t u r eD e s i g n &R e s e a r c hG r o u p ,B e i j i n g 100032,C h i n a )A b s t r a c t : T o i n v e s t i g a t e t h eb e a r i n g c a p a c i t y o f c a r b o nf i b e r r e i n f o r c e d p o l y m e r (C F R P )r e i n f o r c e dc o n c r e t ec o l -u m n s ,t h e c a l c u l a t e d a n d s i m u l a t e d v a l u e s o f a x i a l c o m p r e s s i v e c a p a c i t y o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u m n sw e r e o b t a i n e d b y m e a s u r i n g t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t ho f c o n c r e t e ,t h e s t r e s s -s t r a i nr e l a t i o n s h i p o f r e b a r a n d t h eb o n d i n g s t r e s so f r e i n -f o r c e d c o n c r e t e .T h e l o a d -d i s p l a c e m e n t c u r v e t r e n d o f t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u m n r e i n f o r c e db y C F R Ps h e e t i s s i m i -l a r t o t h a t o f t h en o n -r e i n f o r c e dc o l u m n .T h eb e a r i n g c a p a c i t y o f t h er e i n f o r c e dc o n c r e t ec o l u m nr e i n f o r c e db y C F R P s h e e t i s 112.8%h i g h e r t h a n t h a t o f t h en o n -r e i n f o r c e d c o l u m n ,a n d t h e b o n d s t r e n g t ho f t h e r e i n f o r c e d c o n c r e t e s p e c i -m e n i s 108.9%h i g h e r .K e y w o r d s : c a r b o n f i b e r r e i n f o r c e d p o l y m e r ; s t r e s s -s t r a i n r e l a t i o n s h i p ; d u r a b i l i t y 收稿日期:2023-09-13.作者简介:李路彬(1981-),高级工程师.E -m a i l :l l b 753@163.c o m混凝土结构在现代建筑中应用广泛而普遍,结构在服役过程中随时间推移和外界影响因素的侵蚀,结构会出现开裂㊁变形和强度损失等问题㊂为保证结构服役期内的使用安全性,混凝土加固设计成为一项重要任务㊂长期荷载和外部侵蚀对结构的材料性能影响显著,混凝土结构可能出现裂缝㊁变形和强度下降等问题,这些问题对结构的稳定性和安全性构成威胁㊂通过加固设计,可以修复和强化受损的混凝土结构,延长其使用寿命,降低维护成本,并确保人们的生命财产安全㊂李鹏鹏[1]进行了C F R P 布加固砌体结构的抗压强度试验,同时分析了粘贴2层和3层C F R P 布对砌体抗压承载力的增强效果,并对加固结构的裂缝形态㊁破坏模式和加固原理进行总结,研究发现粘贴C F R P 布的加固方式可提高混凝土结构的承载能力和抗震性能㊂通过不同的加固材料和加固技术可提高结构的承载能力及刚度,抗震性能显著提升,从而减少地震荷载激励对结构的危害[2-4]㊂加固设计可以修复和加固老化和受损的混凝土结构,避免结构失效和意外事故的发生㊂程东辉等[5]对3组翼缘与腹板转角处C F R P 布锚固的钢筋混凝土柱进行轴心受压试验,得到了试件的极限荷载㊁轴向变形及破坏模式,提出了C F R P 约束下钢筋混凝土柱极限承载力的计算公式㊂在混凝土加固设计的研究方法方面,需要对混凝土结构进行全面的检测和评估,包括结构的承载能力㊁裂缝情况㊁变形程度等[6]㊂其次,根据结构的具体情况和问题,选择合适的加固材料和技术,如碳纤维增强聚建材世界 2024年第45卷第1期合物(C F R P )片材加固㊁钢板加固等[7]㊂最后进行加固设计计算和分析,确定加固材料的数量和布置方式,进行施工过程的监控和质量控制,确保加固效果符合设计要求[8]㊂混凝土加固设计对于保障混凝土结构的安全性和使用寿命具有重要意义㊂论文主要分析粘贴碳纤维布的加固方法,阐述了加固前后的措施及效果㊂1 模型建立以钢筋混凝土加固柱为实例进行建模分析,所取厂房主体结构形式为混凝土框架结构,对易损混凝土柱进行粘贴C F R P 的方式进行加固,加固柱后改造部位设计使用年限为30年㊂加固改造部位为框架结构,基本风压为0.60k N /m 2,基本雪压为0.20k N /m 2,抗震设防烈度为6ʎ,地震分组为第一组,基本地震加速度为0.05g ㊂对承载力不足的混凝土框架柱进行粘贴C F R P 布进行加固;新增梁板与原有梁板柱采用化学植筋法连接㊂需加固混凝土柱在平面布置图中位置示意如图1(a )所示,采用C F R P 布加固的混凝土柱建模流程如图1(b )所示㊂混凝土和钢筋均采用C 3D 8R 模型单元,钢筋的受拉本构关系采用弹塑性的双直线模型,钢筋的受压本构关系采用完全理想弹塑性的双折线模型,混凝土本构关系采用塑性损伤模型㊂C F R P 的本构关系采用应力-应变关系表达式㊂共模拟了两种尺寸的混凝土柱,其中8根C F R P 加固柱和4根普通混凝土柱㊂2 项目检测与承载力计算2.1 混凝土抗压强度通过对实际混凝土柱的抗压强度进行钻孔取样,然后分别进行重新养护后再进行混凝土抗压强度试验,混凝土取芯示意如图2(a )所示,结构材料强度检测结构见表1㊂为准确对比粘贴C F R P 对混凝土抗压强度的影响,采用混凝土碳化深度测量仪分别对粘贴C F R P 和不粘贴C F R P 的抗压强度试件进行碳化深度测量,混凝土碳化深度测量完毕后,应选择测区内部平均测量碳化深度值对混凝土材料强度进行修正㊂最后对两组圆柱体试件进行抗压强度试验,测得的粘贴C F R P 和不粘贴C F R P 的试件抗压强度变化趋势如图2(b)所示㊂不同养护时间对应的混凝土抗压强度值可由式(1)计算得到㊂f c u (t )=f c u (28)㊃t 2.21+0.91æèçöø÷t (1)式中,t 为试件养护时间(d );f c u (t )和f c u (28)分别为养护t d 和28d 时的混凝土抗压强度值(M P a )㊂建材世界 2024年第45卷第1期表1 结构材料强度检测构件位置混凝土抗压强度/M P a 碳化深度/mm 垂直度判定结果普通柱3/G 柱30.71.1满足规范要求加固柱3/L 柱31.41.0满足规范要求普通柱4/B 柱29.51.2满足规范要求加固柱6/B 柱33.80.9满足规范要求采用浓度为1%的酚酞酒精溶液测试该结构混凝土构件的碳化深度,结果表明C F R P 加固混凝土柱的碳化深度小于普通混凝土柱的碳化深度㊂普通混凝土柱的碳化深度大于1.0mm ,而C F R P 加固柱的碳化深度小于1.0mm ㊂钢筋混凝土柱应力集中显著的区域位于柱中区域,在加固混凝土柱的同时增设混凝土梁和板,新增梁板与原有梁板柱采用化学植筋法连接㊂对混凝土强度不足且碳化深度较大的混凝土框架柱进行加大截面法加固㊁对混凝土强度不足且配筋与设计不符的柱进行粘贴碳纤维布法加固㊂2.2 结构钢筋应力分析为分析内部结构钢筋在荷载作用下的应力-应变关系,对C F R P 加固柱和普通柱的内部钢筋进行检测,同时采用A B A Q U S 模拟荷载激励作用下的应力分布㊂钢筋外形系数取0.14,锈蚀程度对钢筋应力-应变的关系忽略不计,混凝土表面的蜂窝㊁麻面等现象因对极限荷载影响较小,模拟时不予考虑㊂加固柱的内部钢筋应力检测示意图如图3(a )所示㊂通过结构钢筋尺寸㊁间距㊁外形和锈蚀情况的检测可粗略估计结构的质量状况,上部承重混凝土柱的钢筋应力水平较低㊂钢筋内部应力模拟如图3(b )所示,钢筋采用T R U S S 单元模拟,纵向钢筋和横向箍筋装配形成钢筋笼,并采用桁架T 3D 2单元模块㊂经模拟发现:加固柱内部钢筋应力水平大于普通柱的内部钢筋最大应力,钢筋最大应力为250.8M P a ,以此可看出C F R P 加固措施对结构质量的评估有利㊂2.3 黏结强度与受拉损伤关系评估C F R P 加固柱的黏结性能有利于结构承载力的准确预测,因此采用黏结强度仪对梁构件的碳纤维建材世界 2024年第45卷第1期片材粘结质量进行现场检验㊂随机选取10%混凝土加固柱,以每根受检构件为一检验组,每组3个检验点㊂碳纤维加固柱的损伤模拟示意图如图4(a )所示,柱内黏结应力计算如式(2)所示,钢筋内部拉力由式(3)计算得到㊂黏结应力在柱中分布与柱中受拉损伤分布相近,黏结强度最大值位于柱中位置处㊂同时采用拉拔测试仪对加固前后的混凝土柱进行粘结质量检测,对各楼层的承重部位进行拉拔粘结推定,发现拉拔强度推定值稳定在2.1M P a 左右㊂加固柱的正粘结强度提升约10%,模拟结果显示柱中损伤程度降低12%㊂加固柱的荷载挠度曲线如图4(b )所示,可以看出C F R P 加固柱的挠度显著小于普通混凝土柱和素混凝土柱的柱中挠度㊂τ=F πd l a (2)F =E s επd 24(3)式中,F 为柱内钢筋拉力(k N );τ为计算黏结应力(M P a );E s 为钢筋弹性模量(M P a );ε为钢筋应变;d 为钢筋直径(mm )㊂2.4 位移及应力模拟分析根据结构静载荷试验区间的选取原则,选取直径600mm 的混凝土加固柱进行位移模拟和应力模拟试验㊂模拟试验结果表明,柱的挠度限值为15.3mm ,现场实测加固柱的挠度最大值0.06mm ,说明粘贴C F R P 布的挠度符合承载力要求,卸载后加固柱最大残余应变约为3.8ˑ10-6,此时粘贴C F R P 布的加固柱在正常使用极限状态下结构处于弹性变形阶段㊂粘贴C F R P 布加固柱的位移模拟试验结果如图5(a )所示,可以看出顶端荷载激励处的位移处于最大值,最大位移为15.3mm ,位移沿柱顶向柱底逐渐降低㊂位移模拟图网格尺寸选用20mm 和40mm 两种规格,网格尺寸小的模拟结果更准确㊂C F R P 加固柱应力模拟结果如图5(b )所示,应力模拟结果为钢筋混凝土共同作用下的结果㊂结果表明:柱顶和柱底的应力大于柱中应力,应力分布与位移分布存在微小差异,距离柱顶400mm 处存在应力集中现象㊂裂缝的出现与结构承载力发展水平密切相关,因此对加固后的混凝土构件进行裂缝测量十分必要㊂应力集中斑点处产生最大宽度裂缝,损伤程度随裂缝宽度增大而增大㊂加载过程中,出现最大裂缝宽度为0.18mm ,最大裂缝宽度限值为建材世界 2024年第45卷第1期0.3mm ,裂缝宽度没有超限,而卸载后,裂缝恢复,应力水平小幅回升㊂2.5 应变测量每根混凝土柱的跨中布置5个应变测点,应变模拟见图6(a )㊂可以看出应变分布与受拉损伤区域的分布相近,将模拟数据进行后处理,得到C F R P 加固柱和普通柱的荷载挠度曲线,如图6(b )所示㊂由图6(b )可以看出:C F R P 加固钢筋混凝土柱的荷载挠度曲线较普通柱的荷载挠度曲线更高,极限承载力提升了12.8%㊂荷载挠度曲线显示C F R P 加固柱的残余挠度小于普通柱的残余挠度,加固柱的刚度比普通钢筋混凝土柱的刚度要大,且加固的钢筋混凝土柱延性更低,脆性更大㊂C F R P 保护层的应用改变了钢筋混凝土柱的极限承载力㊁耗能能力㊁刚度㊁延性和变形能力,出现这一情况的原因是粘贴C F R P 相当于增大了试件截面,极限承载力等因素也随之相应改变,从而显著改变了钢筋混凝土柱的承载能力㊂3 结论通过有限元模拟C F R P 加固混凝土柱的轴压性能,进行了混凝土抗压强度㊁钢筋应力-应变分析及荷载挠度测定,确定了C F R P 加固柱的性能评估方法,得到了以下结论:a .C F R P 加固的钢筋混凝土柱使承载能力提升了112.8%,且加固柱承载能力随损伤程度增大而不断降低,C F R P 加固也可降低混凝土的碳化程度,提高柱内钢筋应力水平㊂b .根据有限元模拟C F R P 加固柱的位移㊁应力㊁应变及损伤程度,分析发现加固柱的破坏发生在柱中位置处,损伤程度沿着应力降低水平而降低㊂C F R P 加固混凝土柱的应力-应变分布规律与位移分布规律相近㊂c .粘贴C F R P 纤维布的加固方式大大提高了结构的承载力及耐久性,可快速满足灾后结构加固承载力要求㊂参考文献[1] 李鹏鹏.碳纤维(C F R P )布加固砌体的破坏和机理分析[J ].国外建材科技,2008,29(5):48-50,54.[2] 杜志鹏.高层建筑混凝土剪力墙构件加固施工技术[J ].砖瓦,2023(6):149-151.[3] 沈守全.混凝土结构加固设计[J ].建材世界,2011,32(4):83-85.[4] 常亮.高层建筑工程项目混凝土加固施工技术研究[J ].中国建筑金属结构,2023,22(5):19-21.[5] 程东辉,姚宇航,王丽.C F R P 布对不同截面混凝土柱加固性能分析[J ].建筑科学与工程学报,2023,40(3):40-49.[6] 朱章.某工程地下室混凝土结构裂缝加固处理分析[J ].安徽建筑,2023,30(5):58-60.[7] 张东伟,冯尔云,谢文.钢结构数字化工厂研究及应用[J ].建材世界,2017,38(6):57-60.[8] 张丽.钢筋混凝土梁粘贴钢板加固的试验研究[J ].交通世界,2023(14):168-170.建材世界 2024年第45卷第1期。

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