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    碳纤维布改善钢筋混凝土柱延性的试验研究 钢筋混凝土柱子的延性好坏

    分类:即兴演讲 时间:2019-05-03 本文已影响

      [摘要] 通过对9根钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能的试验研究,分析了碳纤维布(CFS)对混凝土柱的延性的影响机理以及碳纤维布包裹方式对补强加固效果的影响。得出了碳纤维布可以明显改善混凝土柱的受力性能,提高柱的受剪承载力;碳纤维布还可以明显改善混凝土柱的变形性能,提高延性。
      [关键词]碳纤维布;钢筋混凝土柱;延性
      [abstract] through to 9 reinforced concrete column in under low reversed cyclic loading, the seismic performance test, this paper analyzes the carbon fibre sheet (CFS) to the ductility of the concrete column, the influence mechanism and carbon fiber sheet (CFS) way to fill strong reinforcement effect. The carbon fiber cloth that can obviously improve the stress of the concrete column performance, improve the column of shear capacity; Carbon fiber cloth can obviously improve the concrete column deformation property, improving the ductility.
      [keywords] carbon fiber cloth; Reinforced concrete column; ductility
      中图分类号:TU37文献标识码:A 文章编号:
      
      引言
       大量研究表明碳纤维增强塑料能够明显地改善混凝土的受力性能。本文对碳纤维布加固的钢筋混凝土柱在90°、45°、22.5°方向加载时采用不同的包裹方式的抗震性能进行了研究。
      试验概况
      2.1试件的设计与加固
      (1)试件设计与制作
       试件设计成倒T形,截面尺寸为150mmⅹ150mm,混凝土设计强度等级为C20。主筋为HRB335,屈服强度410MPa;箍筋为HPB235,屈服强度268 MPa;配箍率ρsv=0.253%。剪跨比为3,试验轴压比为0.1。试件详细尺寸及配筋以第二组试件为例见图1。
      (2)试件加固方案
       本次试验一共设计了9根柱,分三组,第一组、Z-1、Z-2、Z-3用于加载方向与柱的横轴线成90º角循环加载;第二组Z-4、Z-5、Z-6用于加载方向与柱子成45º角循环加载;第三组Z-7、Z-8、Z-9用于加载方向与柱子成22.5º角循环加载。其中Z-1、Z-4、Z-7为无加固对比柱,Z-2、Z-5、Z-8用碳纤维布间隔包裹,Z-3、Z-6、Z-9用碳纤维布连续包裹。碳纤维布全部采取封闭式包裹,缠绕一层,搭接长度足够(≥10cm),包裹时碳纤维的方向与柱轴线方向垂直。试件包裹形式以第二组试件为例见图2。试验所用碳纤维布和粘结剂的性能指标见表1。
      
      
       2.2试验加载方案
      (1)加载装置
       试件加载装置如图3示。竖向力采用油压千斤顶施加,并设有滑车以保证竖向力垂直;水平力采用双向油压千斤顶施加。
      (2)加载制度
       首先预加反复荷载一次,以检验试验装置及各测量仪表是否正常,然后施加轴力,并在整个试验过程中保持轴力不变。水平加载采用荷载-位移控制方法。试件屈服前用荷载来控制,每级加载10KN;试件屈服后用位移来控制,以屈服位移为增量加载,
      每级荷载下反复加载循环三次,加荷至荷载下降到峰值荷载的85%时止。
       3试验数据量测
       本次试验主要量测的内容:纵筋和箍筋的应变,碳纤
      维布的应变,荷载—位移曲线。竖向荷载由压力表读出,水平荷载用荷载传感器量测,加载点的位移由电位移计量测,水平荷载和位移信号通过动态电阻应变仪输入X-Y函数记录仪。
      4试验结果及分析
      4.1 主要试验过程
       试验过程以第二组为例描述如下:
       Z-4为无加固对比试件,45º方向加载。轴力先加至36.7KN,并保持不变,加荷初期,滞回曲线呈线性变化。当加荷至15KN时出现水平裂缝。随着荷载继续增加,纵筋应变增长较快,拉区裂缝不断发展。当加荷至18KN时,个别纵筋屈服。随着位移不断增加,滞回曲线捏拢现象明显,箍筋应变发展较快,压区混凝土不断被压碎 ,柱子一侧出现弯剪裂缝,试件达最大承载力为21KN。
       Z-5为间隔包裹试件,45º方向加载。轴力先加至35.3KN,并保持不变。加荷初期,情况与Z-4类似,但变形较Z-4要小。加荷至17KN时,在第一道碳纤维布上面出现水平裂缝,纵筋应变迅速增长。加荷至20KN时,个别纵筋屈服,此时,碳纤维布应变增长较大,达1148με。滞
      回曲线面积增长较大。随着位移增加,主裂缝不断加宽、贯通,试件达最大承载力达25KN,碳纤维应变达2345με。位移继续增大,承载力开始下降。
       Z-6为连续包裹试件,45º方向加载。轴力先加至34.2KN,并保持不变。由于连续包裹了碳纤维,无法观测裂缝。纵筋屈服前,滞回曲线与Z-5基本相同。加荷至19KN,碳纤维上出现水平裂缝。加荷至25KN时,个别纵筋屈服,碳纤维应变迅速增长,达1230με,箍筋应变也有较大变化,但不如碳纤维增长得快。随着位移不断增大,裂缝进一步加宽,滞回曲线面积增长较Z-5快,试件达最大承载力为26KN,碳纤维应变达1705με。
      4.2 主要试验结果
       主要试验结果见表2。
      
      
      4.3试验结果分析
      (1)箍筋应变和碳纤维布应变
       第一组试件从箍筋应变发展情况上看(见图4、5),加荷初期,三个试件箍筋的应变发展情况大体一致。随着荷载增加,未经加固的柱Z-1的箍筋应变发展较快,而两根加固的柱Z-2、Z-3箍筋应变增长较平缓。其原因是加荷初期试件的变形较小,碳纤维布还不能与混凝土一同工作,由于碳纤维的物理性质和施工方法,决定了碳纤维布要有一个从相对松弛到绷紧的过程,这一点从碳纤维布应变发展曲线上可以看出。当荷载增加,柱的变形增大,碳纤维布的应变逐渐增大,当构件屈服后,各面碳纤维布的应变显著增加,而且碳纤维布的应变值明显高于箍筋的应变值。这说明构件屈服后,箍筋的作用逐渐被碳纤维布分担,碳纤维布有效地约束了混凝土的横向变形,从而使箍筋所起的约束作用减弱。从碳纤维布的应变发展曲线上看,位于2倍柱宽以外的纤维应变已经很小,包裹的意义已不大。第二组试件从箍筋应变发展情况上看(图略),加荷初期,三个试件箍筋的应变发展情况大体一致。随着荷载增加,未经加固的柱Z-4的箍筋应变增长迅速,而两根加固的柱Z-5、Z-6箍筋应变增长较平缓。其原因是加荷初期试件的变形较小,碳纤维布还不能很好与混凝土一同工作,其箍的作用还不太明显,这一点从碳纤维布应变发展曲线上可以看出。当荷载增加,柱的变形增大,碳纤维布的应变明显增大,碳纤维应变增长的速度比箍筋要快。因为碳纤维布紧紧地包裹在柱的外侧,其箍的作用比箍筋更直接、更有效。加荷至后期,随着荷载增加,柱的变形增加,强度很高、弹性模量略高于混凝土的碳纤维布有效地约束了试件的变形,致使其应变急剧增长,而箍筋的应变变化不大。从碳纤维布的应变发展曲线上看,应变随着高度的增加不断变小。

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