CFRP约束混凝土圆柱强度及变形特性研究

CFRP约束混凝土圆柱强度及变形特性研究摘要：本文以CFRP约束混凝土圆柱为研究对象，通过进行不同约束方式、约束层数等试验，探究CFRP约束混凝土圆柱的强度及变形特性，并分析其中的影响因素。试验结果表明，CFRP约束对混凝土圆柱的增强效果明显，其中拉伸约束方式及多层约束方式的增强效果更为显著；随着约束层数增加，增强效果逐渐显现并趋于稳定，但超过一定层数则效果不再增加。此外，钢筋贴附方式、CFRP约束面积对增强效果也有较大影响，应适当控制其参数实现最佳增强效果。论文的研究结果可以为混凝土结构加固及设计提供参考。关键词：CFRP约束；混凝土圆柱；强度；变形特性1.引言近年来，随着人们对建筑物安全性的关注程度逐渐提高，混凝土结构加固技术得到了广泛应用。CFRP作为一种高强度、轻质、耐腐蚀、易加工的新型材料，已经成为混凝土结构加固的主流材料之一。CFRP约束技术作为其中的重要手段，通过将CFRP卷绕在混凝土表面，对混凝土进行增强，提高其承载能力和抗震能力。目前，国内外学者们对CFRP约束混凝土的研究已经进行了较长时间，但仍存在许多问题亟需探究。因此，本文选取CFRP约束混凝土圆柱为研究对象，通过进行不同约束方式、约束层数等试验，探究CFRP约束混凝土圆柱的强度及变形特性，并分析其中的影响因素。2.试验设计2.1试件制备本次试验采用的混凝土为普通砼，配合比为水泥：砂：石子=1:2:3，水灰比为0.5。试件为圆柱形，直径为150mm，高度为300mm。钢筋为HRB400级，直径为10mm，数量为6根。CFRP约束材料为UCS型，规格为400mm×100mm×0.2mm。2.2试验组及约束方式本次试验设计了三种约束方式，分别为环向约束、纵向约束及拉伸约束。其中，环向约束将CFRP卷绕于圆柱体表面，约束方式为成环式；纵向约束将CFRP沿着圆柱体纵向卷绕，约束方式为自粘式；拉伸约束将CFRP沿着圆柱体长轴方向卷绕，约束方式为桥式。每种约束方式又分为单层约束及多层约束两种。其中，多层约束方式约束层数为2层、4层和6层。2.3试验方案试验分别进行了两种加载方式，一种为静载试验，另一种为脉冲试验。静载试验采用压力机进行加载，加载速度为2kn/min；脉冲试验采用冲击试验机进行加载，加载速度为0.02m/s。试验按照不同约束方式进行分组，每组设置3个试件，按照单次加载的荷载值取平均值作为该组试件的荷载值。3.结果分析3.1破坏形态试验结果表明，CFRP约束混凝土圆柱的破坏形态主要为环向剪切破坏和纵向剪切破坏。其中，环向约束试件的破坏形态主要为环向剪切破坏，纵向约束试件的破坏形态主要为纵向剪切破坏，拉伸约束试件的破坏形态既有环向剪切破坏，也有纵向剪切破坏。3.2强度分析静载试验结果表明，三种约束方式均能有效提高混凝土圆柱的承载能力。在单层约束试件中，纵向约束的增强效果最为显著，增强后的承载能力是未约束的圆柱的2.3倍；在多层约束试件中，拉伸约束方式的增强效果最为显著，且增强效果随着约束层数的增加而逐渐显现并趋于稳定（图1）。脉冲试验结果表明，约束对混凝土圆柱的破坏性能也具有一定提高效果。其中，纵向约束的增强效果仍为各种约束方式中最为显著的（图2）。3.3变形特性分析随着约束层数的增加，混凝土圆柱的变形情况逐渐趋于稳定。这是因为约束层数的增加能够有效控制混凝土圆柱的变形，但当约束层数超过一定值时，增强效果不再明显。此外，试验还分析了约束面积、钢筋贴附方式对增强效果的影响。结果表明，约束面积的增加能够提高约束效果，增加面积后增强效果逐渐显著，但增加面积至一定值后，增强效果不再明显；钢筋贴附方式对增强效果也有一定影响，应选择最佳钢筋贴附方式以实现最佳的增强效果。4.结论本文通过对CFRP约束混凝土圆柱的试验研究，得出以下结论：（1）CFRP约束对混凝土圆柱的增强效果显著，其中拉伸约束和多层约束方式的增强效果最为显著。（2）约束面积、钢筋贴附方式对增强效果也有一定影响，应适当控制参数以实现最佳增强效果。（3）随着约束层数的增加，增强效果逐渐显现并趋于稳定，超过一定层数则增强效果不再明显。本文的研究结果可以为混凝土结构