CFRP约束受损混凝土圆柱的轴压力学性能研究

【摘要】由于材料老化,自然灾害等的影响,给大量的混凝土结构带来了不同程度的损坏甚至破坏,每年用于修复的费用数额巨大,因此对混凝土的加固修复受到国内外学者广泛关注。碳纤维增强复合材料,简称CFRP(CarbonFiberReinforcedPolymer)由于其轻质高强,耐腐蚀和施工方便等优点,在航空航天领域有多年的应用历史,近年来,随着CFRP材料价格的大幅下降,其在土木工程加固领域的应用得到迅速的发展。CFRP约束混凝土柱是CFRP加固混凝土结构中一个比较重要的应用,CFRP约束混凝土柱可以恢复或者提高混凝土柱的强度和变形能力,但是目前大部分研究都是集中在普通混凝土在正常条件下的力学性能研究,所提出的模型也是适用在混凝土结构没有损伤破坏的前提下的加固的依据,对于受损后的混凝土结构的修复加固研究很少,目前还没有一个适用的应力-应变关系模型可以作为指导CFRP加固受损混凝土结构设计的理论依据。本文通过对CFRP约束高温受损混凝土圆柱和CFRP约束轴压受损混凝土圆柱的单轴抗压试验,重点研究不同的温度损伤和不同的轴压损伤程度以及不同的约束量对CFRP约束混凝土的力学性能的影响,对比现有的研究成果,探讨CFRP约束受损混凝土柱的约束机理,对现有的强度模型和应变表达式做出修正,提出适用于CFRP约束受损混凝土的强度模型和应变计算公式。主要研究内容如下：(1)通过电炉对每组3个共36个标准高强混凝土圆柱体试件进行高温处理,得到不同高温损伤的试件,然后用CFRP约束加固进行单轴抗压试验,分析不同温度对素混凝土外观的影响,分析不同温度损伤和不同包裹层数对CFRP约束高温受损混凝土的破坏形态,抗压强度,轴向和环向应变以及应力-应变曲线的影响,试验结果表明,高温损伤后高强混凝土的抗压强度有大幅下降,但包裹了CFRP明显提高高温损伤混凝土柱的抗压强度。与常温混凝土相比,包裹了相同CFRP层数高温损伤混凝土柱的抗压强度仅相差3%-6%,不同约束量对CFRP约束高温损伤高强混凝土的强度和延性的提高与CFRP约束普通混凝土有所差别,包裹层数越多,强度和延性的提高越大。(2)通过压力试验机对C40和C70两个强度等级共54个标准圆柱体试件进行轴压损伤处理,得到不同损伤程度的圆柱体试件,然后用CFRP约束加固进行单轴抗压试验,分析不同损伤程度和不同包裹层数对CFRP约束轴压受损混凝土的破坏模式,强度,应变以及应力-应变关系的影响,试验结果表明,混凝土的不同损伤程度对CFRP约束混凝土的轴压性能有很大影响,CFRP约束作用对不同损伤程度的混凝土的强度和延性都有不同程度提高,在三层CFRP约束作用下,与CFRP约束未损伤混凝土相比,CFRP约束损伤混凝土的强度仅降低了2.7%-3.8%,损伤混凝土的强度基本能恢复到损伤前的状态,但由于损伤造成的裂缝对混凝土强度和刚度的影响,损伤混凝土的强度不能完全恢复到未损伤前的强度,CFRP包裹层数越多,强度和延性的提高越大；但在低约束量时,高损伤程度混凝土试件的强度提高值低于低损伤程度混凝土试件,在高约束量时,损伤对约束混凝土的影响减小,高损伤程度的混凝土试件的强度提高值高于低损伤程度混凝土试件。(3)根据已有的研究成果,混凝土的强度,CFRP的刚度和强度是影响CFRP约束混凝土应力-应变关系曲线的关键参数,通过对现有的强度模型和应变计算公式分析,并结合本试验数据,用线性回归分析的方法对模型的参数做出修正,得到CFRP约束高温损伤混凝土的强度模型和应变计算公式,CFRP约束轴压受损混凝土的强度模型和应变计算公式,模型与试验结果对比分析表明,本文的模型和应变计算公式与试件结果吻合较好。
【作者】钟健；
【导师】郭永昌；
【作者基本信息】广东工业大学，工程力学，2014，硕士
【关键词】受损混凝土；CFRP约束；轴压力学性能；强度模型；

【参考文献】
[1]刘莹莹.留学生对多义副词“就”的习得顺序及教学研究[D].西南大学,语言学及应用语言学,2014,硕士.
[2]蒋翔.体外冲击波碎石与经输尿管镜气压弹道碎石治疗输尿管下段结石的疗效比较[D].大连医科大学,泌尿外科学,2012,硕士.
[3]郝家春,占红武,龚振亮.基于FPGA的宽幅单PASS多喷头驱动研究[J].轻工机械,2014,02:16-19.
[4]赵新天.哈尔滨太平国际机场视频监控研究[D].黑龙江大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[5]本报记者江锡民浦敏琦.惠山：“一镇一院一产业”欣欣向荣[N].新华日报,2014-11-24002.
[6]高哲,廖晓钟.区间分数阶系统的鲁棒稳定性判别准则:0<α<1情况[J].自动化学报,2012,02:175-182. [7]张洁.大学生英语写作策略、感知学习风格和写作成绩的关系研究[D].大连理工大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士. [8]缪传海.基于GPRS的智能型永磁真空断路器的研究[D].辽宁工程技术大学,电机与电器,2012,硕士. [9]陈建阳,田昌炳,周新茂,王辉.融合多种地震属性的沉积微相研究与储层建模[J].石油地球物理勘探,2011,01:98-102+164+172. [10]崔娟.高中地理教学中全球变化教育研究[D].曲阜师范大学,课程与教学论,2013,硕士. [11]刘绪明.网络监控系统的安全性研究[D].河海大学,控制理论与控制工程,2004,硕士. [12]孙志浩.CBTC系统安全通信协议的研究[D].西南交通大学,交通信息工程及控制,2014,硕士. [13]方莹.转型时期文学出版与文学发展关系研究[D].湖北大学,中国现当代文学,2011,硕士. [14]戴慧秀.冲突国诉诸国际法庭的原因分析[D].清华大学,政治学,2012,硕士. [15]金姝.中国银行沈阳市分行财务风险控制的研究[D].大连理工大学,工商管理,2003,硕士. [16]刘楠.中学生物教科书中科学探究能力训练的比较研究[D].东北师范大学,2005. [17]赵洪雁.大秦线万吨列车对轨道的动态影响分析及对策建议[J].中国铁路.2004(09) [18]陈涛.基于载荷次序效应的疲劳损伤分析方法研究[D].东北大学,机械设计及理论,2010,硕士. [19]吴汝舟.胶新铁路环保情[J].铁道标准设计.2004(02) [20]黄伟.可控接枝改性壳聚糖用于药物释放及离子吸附研究[D].苏州大学,高分子化学与物理,2013,硕士. [21]李开清.九年级化学溶解度概念教学研究[D].湖南师范大学,学科教学（专业学位）,2014,硕士. [22]高希南.轧机电气主传动方案的分析与比较[J].冶金自动化,2001,05:40-42+46. [23]高倩.船体内业无纸化作业系统研究[D].江苏科技大学,船舶与海洋结构物设计制造,2013,硕士. [24]曹伟.数字化社区教育服务体系的构建研究[J].继续教育研究,2014,09:51-54. [25]张京.乌梁素海重金属的环境地球化学研究[D].内蒙古大学,环境科学,2013,硕士. [26]张彬.磁性氧化石墨烯—壳聚糖纳米复合材料固定化的脂肪酶及其应用[D].兰州理工大学,化学工程,2013,硕士. [27]吴清.NS公司TDLTE研发项目质量管理研究[D].苏州大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士. [28]匡云飞,邹建陵,李薇,周昕,许金生,冯泳兰,李玉明.双酚A在壳聚糖石墨烯复合膜电化学传感器上的电化学行为及测定[J].分析试验室,2013,03:33-37. [29]李露洋.《战地新歌》音乐创作研究[D].沈阳音乐学院,音乐学,2013,硕士. [30]徐倩.脑利尿钠肽与早期糖尿病肾病的相关性研究[D].青岛大学,内科学,2004,硕士. [31]冯春生.油藏数值模拟中面向异构体系的多水平法及高效解法器研究[D].湘潭大学,计算数学,2014,博士. [32]曹峥.物联网中RFID技术相关安全性问题研究[D].西安电子科技大学,计算机系统结构,2013,博士. [33]霍欣.生命周期理论视角下的餐饮企业资本结构研究[D].河北大学,会计,2014,硕士. [34]王飞.城市地震危害性模糊评价及地震损失预测评估[D].浙江大学,2005. [35]高远.关联理论视阈下的禁忌幽默话语翻译研究[D].福建师范大学,英语笔译（专业学位）,2013,硕士. [36]陶妍婷.从符号学角度论俄译汉翻译等值问题[D].吉林大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士. [37]汪林杰.高效低NO_X煤粉工业锅炉在工业应用中的几个关键技术研究[D].广东海洋大学,机械制造及其自动化,2013,硕士. [38]戴彤.生长分化因子-15基因多态性和血浆水平与冠脉扩张的相关性研究[D].北京协和医学院,临床医学,2013,博士. [39]汤雯雯.失独家庭的养老服务问题研究[D].湖南师范大学,社会保障,2014,硕士. [40]赖灵午.中国近代女子教育问题的研究[D].华东师范大学,教育史,2013,硕士. [41]张初海.牙轮钻机轴压的自动调节装置[J].冶金自动化,1987,05:11-14+47. [42]肖冰.时滞系统神经元自适应控制器的研究与开发[D].华北电力大学（河北）,控制理论与控制工程,2004,硕士. [43]刘莉.我国地方政府财政支出对民营工业经济成长影响的研究[D].华中科技大学,西方经济学,2012,硕士. [44]贺新泽.补元通络针灸法治疗中风恢复期肩痛的临床研究[D].青岛大学,中西医结合临床,2013,硕士. [45]厉政.细鳞鱼Cathelicidins的鉴定及宿主防御肽CATH_BRALE的结构与功能分析[D].大连理工大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士. [46]马少林.基于融合CDN的流媒体系统及其关键技术研究[D].武汉邮电科学研究院,通信与信息系统,2012,硕士. [47]肖德军.平衡计分卡在四川网信软件公司研发体系人力资源绩效评估与激励中的应用研究[D].西南财经大学,工商管理,2004,硕士. [48]龚岷安.基于Volterra级数的光正交频分复用系统中四波混频效应的研究[D].兰州大学,通信与信息系统,2013,硕士. [49]倪佳华.一种优化校园网络结构和网络安全的方法[D].华东理工大学,计算机技术,2014,硕士. [50]吴宗来,刘聪,常红.利用空间网格计算三维空间速度[J].石油地球物理勘探,1999,04:448-452+490.