大尺寸CFRP约束混凝土方柱轴心抗压试验,本论文为您写方柱毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献，可免费下载。
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摘 要：试件的尺寸对于碳纤维增强塑料（CFRP）约束混凝土柱的性能具有重要影响,但目前在CFRP约束混凝土尺寸效应方面的研究基本上还处于空白.基于对7种不同倒角半径的大尺寸CFRP约束混凝土方柱的轴心抗压试验,获取了各组试件的破坏模式、抗压强度、应力应变曲线、外包CFRP应变分布等基本力学性能,并和已有小尺寸试件的试验结果进行比较和分析.研究结果表明,试件的抗压强度随倒角半径比的增大而增大,外包CFRP对直角试件几乎无增强作用；所有试件的破坏都是由外包CFRP的拉断所导致,断裂位置均位于倒角范围内,应力集中的现象明显；约束效应比MCR可以较好地反映尺寸效应对抗压强度影响,试件尺寸的增大显著降低CFRP的约束效应；外包CFRP的极限应变低于其材性试验结果35%以上,明显大于对应的小试件试验结果；已有模型的计算结果和本试验的实测结果存在显著差异,故有必要考虑尺寸效应的影响.
关键词： FRP；约束混凝土；方柱；轴心受压；尺寸效应
中图分类号：TU375.3 文献标识码：A
文章编号：1674-2974（2016）03-0075-08
纤维增强塑料 （FRP）具有重量轻、强度高、耐腐蚀性好和施工简便等特性,在土木工程领域,特别是混凝土结构加固及改造方面得到广泛应用.采用FRP外包混凝土柱,可以形成约束混凝土结构,当混凝土柱轴向受压时产生其侧向膨胀,约束材料FRP受拉对核心区混凝土产生约束应力,使其处于三向受压状态,从而显著提高混凝土柱的变形能力和承载能力[1].
目前,国内外对于FRP约束混凝土开展了大量研究,取得了不少的研究成果,部分学者还提出了约束本构模型及设计方法[2].但总的看来,现有研究主要集中在FRP约束混凝土圆柱方面,而在实际结构中,方形或矩形柱更为普遍.因此,对FRP约束方形及矩形截面柱进行研究很有必要,但这个问题更为复杂,因为FRP约束作用于方形及矩形截面柱所产生的围压是非均匀的,约束效应的影响因素更多[3].
在国际上,Mirmiran等[4]是最早对FRP约束矩形截面柱进行试验研究的研究者之一,其研究表明,倒角半径是影响FRP约束效应的一个主要因素,倒角半径过小,约束效应难以体现.Lam等[5-6]对小尺寸外包FRP矩形（方形）柱进行了试验,研究表明,FRP约束能有效提高混凝柱的抗压强度和延性,并在分析了既有试验数据后提出相应的本构模型和强度模型.Wang和Wu[7]对72个混凝土小尺寸试件进行轴压试验,得出试件的抗压强度和倒角半径比2r/b近似呈线性关系,也提出了相应的本构模型和强度模型.吴刚等[8-9]在既有试验数据的基础上,给出判断FRP约束方柱强、弱约束的界限值,提出二次抛物线加直线的应力应变模型.国内其他学者在此领域也开展了相关的研究工作[8-12].
目前,关于FRP约束方形（或矩形）柱的试验绝大部分以小试件为主[4-7,13],试件边长不超过250 mm,高度不超过600 mm,和实际结构柱尺寸相距甚远.Pessiki等[14]的研究表明,此类小试件的试验研究结果相比于实际加固柱,存在较大误差.Rocca[15]测试了截面尺寸分别为324 mm,457 mm,648 mm和914 mm的方形试件,实验结果表明,小试件和大试件在轴向力作用下的应力应变曲线有很大不同.Wang等[16]测试了大尺寸FRP约束钢筋混凝土方柱,结果显示CFRP约束增加了混凝土柱的变形性能,但其承载能力的提高相对有限.从已有研究成果来看,试件的尺寸对FRP约束混凝土方形柱有显著影响,但这方面的试验开展得很少,也不系统.本文针对这一研究的盲区,设计了一系列不同倒角半径的大尺寸CFRP约束混凝土方柱,进行轴心抗压试验研究,以期填补研究空白,为后续的CFRP加固方柱设计提供参考.
1 试验设计
1.1 试件设计和材料特性
文献[7]中进行了CFRP约束混凝土方柱的试验,标准方形试件截面尺寸为150 mm×150 mm,高度为300 mm,倒角半径依次变化6次,混凝土设计强度等级为C30和C50.本文参考了该试验,使本试验的研究成果能够较为准确地反映试件尺寸的影响.本试验按照不同的倒角半径r依据相似比例尺设计了7组CFRP加固大尺寸试件,标准试件的截面尺寸为300 mm×300 mm,高度为600 mm,每组均有3个试件.倒角半径r依次变化：0,15,30,60,90,120和150 mm,其中,r等于0和r等于150 mm分别代表方柱和圆柱.每组加固试件都制作了一组和之对应的素混凝土试件.一共制作了14组试件,共计42个.需要说明的是,虽然本试验设计的试件和实际结构柱仍然有较大的尺寸差异,但和文献[7]以及大量其他研究者所进行的FRP约束试件相比较,在尺寸上显著增大,因此,本文称之为“大尺寸试件”是合适的.混凝土设计强度等级为C30,具体配比为：水泥∶砂∶石∶水等于1∶1.90∶3.10∶0.56,标准养护28 d,立方体抗压强度为33.6 MPa.试验用的单向碳纤维布为南京生产,型号为HITEX-C300,名义厚度为0.167 mm.配套环氧树脂为长沙生产的碳纤维加固专用浸渍树脂.按照GB/T 3354-1999《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》制作了CFRP小试件.单向抗拉试验结果如表1所示.
1.2 试件制作
试件采用写作的钢模浇筑,每种规格的钢模3个,一共21个试模.浇筑时,混凝土分3层浇捣,每层混凝土约为试件高度的1/3,采用插入式振捣器分层振捣,振动至混凝土表面不出现明显的气泡.试件分两批浇筑,一批为对比试件,另一批为加固试件.试件完成浇筑后,在室温下放置48 h,拆模后在室内放置30 d,再进行外包CFRP.
加固前,先清除试件表面杂物,在干燥状态下涂刷底胶,然后再分层外包碳纤维布,每层搭接长度为100 mm,在包裹下一层碳纤维布前,用专用的刮子沿纤维方向反复挤压,以排除气泡并使树脂更好地浸润碳纤维丝.所有加固试件均外包3层CFRP.试件完成加固后,在室内放置14 d,然后进行抗压试验.
结论：适合方柱论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关方柱是什么开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。
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