组合FRP约束高强混凝土棱柱力学性能试验研究.pdf
《组合FRP约束高强混凝土棱柱力学性能试验研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《组合FRP约束高强混凝土棱柱力学性能试验研究.pdf(7页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第 l 0卷第 1期 2 0 1 3年 2月 铁道科学与工程学报 J OURNAL OF R AI L AY S Cl ENCE AND ENGI NEE RI NG VO l _ l 0 NO 1 F e b 2 0 1 3 组合 F R P约束 高强混凝土棱柱 力学性能试 验研究 王苏岩 。 王泽源 ( 1 大连As - 大学 建设工程学部, 辽宁 大连 1 1 6 0 2 4; 2 信息产业电子第十一设计研究院科技 工程股份有限公司大连分院, 辽宁 大连 1 1 6 6 0 0 ) 摘要 : 研 究一种 利用纤维增 强复合材料 ( F R P ) 布 包裹并植入 钢螺栓 及压钢板 的新型
2、 组合加 固方式 来改善 混凝 土棱柱体 力学性能。通过对9组约束高强混凝土棱柱体试件及 1 组对比试件进行轴心受压试验, 分别研究包裹纤维布、 植入钢螺栓 并压板和 两者组合加 固技术对改善 高强混凝土棱柱体受力性 能的作 用, 采 用应变能积 累理论分 析讨论 了几种加 固方 法对 高强混凝土棱柱体延性提高的影响, 同时也分析了承载力提高的原因。试验研究结果表明: 3种加 固方式均能提高棱柱体 的抗压强度, 组合约束试件较前两者能吸收更多的能量, 具有较好的延性, 能更有效地提高棱柱体的受力性能。 关键词: 纤维增强复合材料; 高强混凝土; 组合加固; 力学性能; 延性 中图分类号: T
3、U 3 7 5 3 文献标志码: A 文章编号: 1 6 7 2 7 0 2 9 ( 2 0 1 3 ) 0 l 一 0 0 1 6 0 7 Ex p e r i me n t a l r e s e ar c h o n me c h a n i c al b eh a v i o r o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e p r i s ms r e t r o f it t e d wit h h y b r i d i z e d FRP me t h o d W ANG S u y a n , W ANG Z e y u a n (
4、1 F a c u h y o f I n f r a s t r u c t u r e E n g i n e e r i n g , Da l i a n U n i v e r s it y o f T e c h n o l o g y , D a l i a n 1 1 6 0 2 4 ,C h in a ; 2Th e I T El e c t r o n i c s El e v e n t h De s i g n Re s e a r c h I n s t i t u t e S c i e n t i fic a n d T e c h n o l o g i c a
5、l E n g i n e e r i n g C o r p o r a t i o n L i mi t e d D a l i a n O ffic e , D a l i a n 1 1 6 6 0 0, C h i n a ) Abs t r a c t:A n e w r e t r o fit t e d me t h o d f o r i mp r o v i n g t h e me c h a n i c a l b e h a v i o r o f h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e p ris ms wa s d e v
6、e l o p e d i n w h i c h t h e w r a p p e d fi b e r r e i n f o r c e d p l a s t i c s( F R P )s h e e t , e m b e d d e d s t e e l b o l t b a r a n d c l a m p i n g s t e e l p l a t e we r e u s e dNi n e g r o u p s o f c o n fin e d h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e p ris ms a n d o
7、 n e g r o u p o f c o n t r o l s p e c i me n s we r e a x i all y t e s t e d t o e x a mi n e t h e e f f e c t o f w r a p p e d F R P s h e e t ,e mb e d d e d s t e e l b o l t b a r w i t h c l a mp i n g s t e e l p l a t e a n d t h e h y b r i d i z e d r e t r o fi t me t h o d o n i mp
8、r o v i n g t h e me c h a n i c a l p e rfo r ma n c e Th e e f f e c t o f t h e s e r e t r o fit t e d me t h o d s o n i m p r o v i n g d u c t i l i t y b e h a v i o r wa s a n a l y z e d b y t h e t h e o r y o f s t r a i n e n e r g y a c c u mu l a t e d i n t h e e l e me nt ,a n d t h
9、 e r e a s o n o f t h e i n c r e a s i n g s t r e n gth w a s a t t e mp t e d t o c l a ri f y E x p e ri me n t a l r e s u l t s s h o w t h a t a l l t h e me t h o d s c a n i mp r o v e c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f c o n c r e t e p ris ms B e s i d e s ,t h e h y b ri d i z e d s
10、 p e c i me n c a n a b s o r b mo r e e n e r gy c o mp a r e d w i t h wr a p p e d FRP s h e e t a n d e mb e d d e d s t e e l b o l t b a r wi t h c l a mp i n g s t e e l p l a t e,a n d t h e s p e c i me n s s h o w a b e t t e r d u c t i l i t y , t h u s i t i s t h e mo r e e f f e c t i
11、 v e me t h o d t o i mp r o v e t h e me c h a n i c al b e h a v i o r o f h i g h s t r e n gth c o n c r e t e Ke y wo r ds:fib e r r e i n f o r c e d p l a s t i c s ;h i g h s t r e n g t h c o n c r e t e;h y b r i di z e d r e t r o fit me t h o d;me c h a ni c a l b e h a v i o r ; d uc t
12、i l i t y 碳纤维增强复合材料 ( C F R P ) 以其较高 的比 强度和良好的耐久性等优点在结构工程领域得到 了广泛的应用 , 利用 F R P对混凝土结构进行 外包加 固形成的约束混凝土构件一直是 国内外学 者及工程技术人员研究的重要领域。近年来 , 随着 大跨 、 高层 、 重载结构的 日益增多 , 高强混凝土的应 收稿 日期 : 2 0 1 2 0 81 2 基金项 目: 国家自然科学基金资助项 E j ( 5 0 8 7 8 0 3 5 ) 作者简介 : 王苏 岩( 1 9 5 8一) , 女 , 江苏灌云人, 教授 , 从事材料结构性能研 究 第 1 期 王苏岩, 等:
13、 组合 F R P约束高强混凝土棱柱力学性能试验研究 l 7 用也 日趋广泛。然而随着混凝土强度等级的提高, 混凝土结构的脆性大 、 延性差的缺点不可避免地暴 露 出来 , 这对结构抗震性能 的改善是十分不利 的。 要深入 了解 F R P约束 高强混 凝 土构件 的延性机 理 , 首先应当对 F R P约束混凝土 的材料力学性 能 进行研究。国内外大量的试验研究 表明 , 利 用 F R P约束矩形截面混凝土在轴 向受压 时存在有 效约束 区与非有效约束区的问题 , 有效约束区域内 的混凝土由于 F R P的有效约束处在三向受压的应 力状态之下 , 而非有效约束区下的混凝土由于 F R P
14、的侧向约束刚度不足以提供有效的约束应力, 使其 处在一个 近似 于单 向受压 的应力状态 , 外包 F R P 对此区域混凝土的力学性能没起到改善作用 。吴 宇飞等 。 提出了在方柱的非有效约束区植入玻 璃纤维筋 ( G F R P ) 的方式来 限制非 有效约束 区混 凝土裂缝的开展取得 了较好 的效果 。笔者 曾以此 为基础提出了压板及在非 有效 区域植入螺栓杆的 方式来提高 F R P对混凝 土的约束性 能 , 螺栓杆 限 制 了混凝土裂缝的开展 , 而压板则对混凝土提供主 动约束并且理论上提高了对混凝土 的侧 向约束刚 度 , 这种组合技术在构件层面上对强度及延性起到 了一定 的改善作
15、用 。在此 , 基于上述方法 , 设计 了 F R P组 合约束高 强混凝 土棱柱 体力学 性能试 验 , 以便为 F R P组合约束构件机理研究提供更深 层次的理论依据 。 1 试验概况 1 1 试件设计及处理 试验采用混凝土设计强度等级为 C 5 0的商品 混凝土, 浇入水平放置钢模在震动台震动 1 2 mi n 然后抹平成型 , 试件长宽 高取 1 0 0 m m1 0 0 m m 3 0 0 m m。试件共 1 0组 , 每组 3个 试件 , 试验结 果取 3个试件的平均值 。试验前 , 将混凝土表面进 行打磨处理 , 为了提高纤维布 的约束效果 , 将 4个 长棱进行倒角处理 , 倒
16、角半径为 2 0 mm。需要进行 植入螺栓的试件采用台钻进行钻孔处理 , 螺栓杆采 用直径 6 mm的高强螺栓 , 钻孔直径为 8 m m, 然后 进行清孔处理 , 清孔完成后进行植筋。植筋胶采用 H I TR E 5 0 0锚固胶黏剂 , 室温养护 1 d固化后包 裹纤维布 , 纤维 布的搭接长度为 1 0 0 m m。对于组 合加固组试件在结构胶未完全固化时压板并预紧 螺栓 , 使钢板表面能够贴 紧纤维布 , 但此时为防止 纤维布变形及结构胶被挤 出不宜将螺栓紧至 目标 值 , 待结构胶 固化后将螺栓拧紧至 目标值 。为了消 除预紧力不同对结果造成的影响, 本次试验通过扭 矩扳手将螺栓统一
17、拧至 1 5 N m。本次试验所用 的混凝土及纤维布的材料参数分别见表 1 及表 2 。 表 1 混凝土性能指标 Tabl e 1 P a r a me t e r s o f c o nc r e t e 表 2 碳 纤维布性 能指 标 Tabl e 2 P a r a me t e r s o f c o mp o s i t e o f CFRP s he e t 1 2 试件加 固方案 l 0组试件被分成对 比组 、 全包组及全包压板 组 3组 , 具体的试件加 固参数见表 3 。 在选择植筋深度时, 采用 Ma n d e r l 1 4 1 建议的约束 混凝土模型, 定义弱约束区边
18、界为二次抛物线, 抛物 线的起点从倒角的边缘开始 , 其初始角度为 4 5 。 , 基 本常数如图 1 所示 , 可以推导出抛物线的方程为 : =一 +1 5Y 1 3 ( 1 ) 一 + L 进而很 容易推 出非有效约束区的最大深度为 1 5 m m。因此 , 植入螺栓时 , 浅植筋采用深度为 l 5 m m, 恰好位于非有效约束区边缘 , 而深植筋深度为 4 0 m m, 其 目的是研究有效约束 区的混凝土能否与 螺栓有较好的粘结力 , 限制螺栓外胀 , 进而通过与 压板 的协同作用限制非有效约束 区混凝土的裂缝 开展及膨胀。 图 1 Ma n d e r 约束混凝 土模 型 F i g
19、1 C o n f i n e d c o n c r e t e mo d e l o f ma n d e r 本章试验的宽压板采用 5 0 m m 5 0 m m 6 m m ( 长 宽 厚) 的普通钢板, 窄压板采用 5 0 mm3 0 第 l 期 王苏岩, 等: 组合 F R P约束高强混凝土棱柱力学性能试验研究 1 9 2 试验现象及结果 2 1 破坏形态 对比组试件, 与大多数高强混凝土轴压试件破 坏相似 , 当轴力达到峰值时 , 裂缝迅速出现 , 试件的 破坏形态多为劈裂成碎块 , 对于浅植筋的试件在破 坏的同时多伴随着压板和螺栓同时脱落的现象。 全包组试件及组合约束组试件 由
20、于角部的应力集 中现象仍然存在 , 破坏多为角部纤维 布被拉断 , 混 凝土压碎膨胀受到纤维布的约束作用 , 破坏时纤维 布大量的能量被释放 , 常出现剧烈的爆破声。组合 加固的试件内部的混凝土较对 比组试 件和全包组 试件破坏得更为彻底 , 多为粉末状 和碎 片状 , 浅植 筋也有螺栓及压板脱落的现象发生。较为典型 的 几种破坏形态如图 6所示。 ( a ) C OS S ( 1 5 ) ; ( b ) C 2一S S ( 1 5 ) ; ( c ) C 2 ; ( d ) C 2一S S ( 4 0 ) ; ( e ) C 2一B S ( 4 0 ) 图 6试件典 型破 坏形态图 Fi g
21、 6 Ty p i c a l f a i l u r e mo d e s 2 2试验结果 2 2 1 应 力 一应 变关 系 曲线 图 7所示为本次试验的全包组 、 对 比组及组合 加固组试件 的应力 一应变关系 曲线对 比情况 , 图 中以受压应变为正 , 受拉为负。 其 中曲线左侧的横 轴为横 向应变 占 , 曲线右侧 的横轴为轴 向应变 。 。 由图7 ( a ) 可见 : 随着 F R P 包裹层数的增加 , F R P约 束混凝土棱柱体承载力、 轴向变形及横向变形能力 都随层数的增加有明显改善 , 且 由包裹一层的弱约 束情况转化为包裹 3层下的强约束。 从 图 7 ( b )可
22、 以看出: 将素混凝土试件进行植入螺栓及压板处理 后的试件承载能力有略微提高 , 但是 , 变形方面的 没有明显改善 。 图 7 ( c )是组合加 固对 比组的应力 一 应变曲线对 比图。 从图7 ( c )可以看出: 进行组合 加 固的试件的承载能力得到了一定提高 , 试件的横 向应变变化不大 , 甚至有一定程度 降低 , 某些试件 的轴向极限变形得 到显著提高 ; 深植 筋小压板 的 C 2一S S ( 4 0 ) 试件的明显地 由界 限约束转化为强约 束曲线形式 , 深植筋的试件变形及承载能力明显 比 浅植筋的试件 , 压板尺寸较小的试件的变形及承载 能力明显 比压板尺寸较大的试件强
23、。 ( a )不同包裹层数对 比; ( b )植入螺栓及压板约束对 比 ( c )组合约束对比 图 7 不 同加 固方式试件 的应 力 一应变关 系曲线 Fi g 7 St r e s s s t r a i n cu r v es o f d i f f e r en t mo de 3 试验结果分析 3 1 割线泊松比 图 8所示 的曲线为本次试验 割线泊松 比 随 轴向应力 的变化情况。割线泊松 比的定义如下 , V = ec ,Se ( 2 ) 式中: s 为混凝土的轴向应变 ; 8 为混凝土 的横 向应 变 。 从图 8可见 : 在试验初始阶段 为 0 2左右 , 2 0 铁 道 科
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 组合 FRP 约束 高强 混凝土 棱柱 力学性能 试验 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,个别因单元格分列造成显示页码不一将协商解决,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【fu****ne】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【fu****ne】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。