哈爾濱工業(yè)大學學報（英文版），Vo1.17，第3期，2010年研究所部分退化的高強混凝土柱軸壓性能的局限與碳纖維復合材料部分退化的高強混凝土柱軸壓性能的局限與碳纖維復合材料魏華1,2，吳智敏1，郭夏1（1.大連理工大學海岸和近海工程國家重點實驗室，遼寧大連，郵編116024，hyde-78@163.com；2.河南省交通廳質量控制研究所，河南鄭州，郵編450006）摘要：本文旨在呈現(xiàn)一個有效的方法來強化部份退化的柱，并探討了力學性能的缺陷部分。如一個150x150毫米普通鑄鐵方柱，中段強度較低的，兩端強度較高的柱，較低的強度是模擬部分地區(qū)的地位退化現(xiàn)象。在強度較低的部分獲得與碳纖維復合材料加固，并驗證了部份約束的實用性。有軸向荷載，豎向和橫向應變力等，比較兩部分之間的不同應變。標本受到單軸軸向壓力，直到被破壞。結果表明，部份退化的地方能提高強度和韌性強度是因為被碳纖維復合材料包裹，那么，整個柱承載能力是可以提高的。其后測試數(shù)據(jù)表明，該密閉極限荷載比原來的柱還高，因此在部份退化的地方增加約束是一種可行的辦法。關鍵詞：碳纖維復合材料，混凝土柱，部份退化強度，部份約束中圖分類號：TU502文獻標識碼：A文章編號：1005-9113（2010）03-0363-06通過專家研究了許多文獻，并分析模型得到的幾個建議關于預測的應力應變關系。增加CFRP的結構性能，是可以提高強度和韌度的。其中曼德提出了一個關于鋼筋混凝土柱的基本模型。德米爾⑴和尼爾⑵，F(xiàn)ardis和哈利勒⑶，Karbhari和Gaol⑷，safi和Toutanji【5】，蕭和吳【6】，鄧和林【7】也分別提出了關于適用于FRP發(fā)展模式的局限圓柱性標本。大量實驗說明對碳纖維復合材料的細化方形和矩形混凝土柱已被廣泛應用。Chaallal,Mirmiran和Shahawy⑻則探討了軸向矩形柱的性能加強與碳纖維復合材料的問題，并分析了約束力對柱的強度影響。羅切特和Labossiere【9】調(diào)查影響在不同截面形狀柱的受力問題：研究在拐角半徑的矩形混凝土柱與FRP受集中力的問題，他們表示混凝土受影響的規(guī)律是由轉角半徑比的約束力引起的。FRP受約束柱中的應用不僅限于整個柱底部，而且在現(xiàn)實中的柱強度退化是經(jīng)常發(fā)生。這是由于柱的某些部分受凍害和接觸紫外線輻射損壞引起的，因此，這部分混凝土的強度可能會比其他地方的低。整個柱仍可維持連續(xù)使用，但是早期故障是存在的。傳統(tǒng)的修復方法是將其整個用涂料包裹起來，其中包括原始強度碳纖維復合材料部件和零件強度退化的部分，這其實是一種浪費。這就是為什么要提出了關于改善退化部分力學實驗研究退化部分原因。它也探討了部分約束的可行性退化。結果與本文的意見相同，其中執(zhí)業(yè)工程師必須預測部份退化的外部包裹著碳纖維的混凝土柱的極限承載能力。此外，部分包裹著碳纖維約束的方法可以成為恢復或升級現(xiàn)有混凝土柱的性能具有成本效益的選擇。1．實驗細節(jié)1.1樣品制備準備共15個150X150毫米的普通標本，他們被分成5組，每組有三個相同的標本。五組里面，有兩組是參考樣本，另三組只用了較高的強度混凝土作為原始試件強度參考品URO（原強度解開參考樣品，碳纖維復合材料作為URP包裹在不同層的低強度零件），如WF1，WF2和WF3為一層，兩層碳纖維復合材料分別和三個測試樣品的截面尺寸層呈現(xiàn)在圖1。original:原本 deteriorated:惡化圖1試件截面尺寸該標本用兩種不同的混凝土的強度，將一對受力偶作用的鋼板連接在兩端，以避免混凝土攪拌之后被送到震動到，每個標本角半徑均為20毫米，平均28天抗壓強度混凝土夾附在分別為不同強度的41.1MPa和57.5MPa兩個立方體上，固化后，由于玻璃鋼張應力集中，混凝土表面粗糙需通過仔細磨耗，以避免損壞。然后將參照標本和應用碳纖維包裹在表面上的標本進行了清理，特別是纖維柱的垂直軸部位。特別要注意是確保在鋼板和混凝土表面無空隙。被包裹的柱要被留在室溫下至少7天進行的測試。表1總結了幾何和用碳纖維復合材料力學性能的實驗。彈性模彈性模厚度纖維的比例伸長率量表1總結了幾何和用碳纖維復合材料力學性能的實驗。彈性模彈性模厚度纖維的比例伸長率量2400.167拉伸重

量L300-C3400類型3001.71.2儀器與負荷條件1.2測試，進行壓縮試驗機的容量為10000千牛，控制在0.04毫米/分鐘時彈性階段和0.02毫米/分鐘在塑性階段。所有標本都受到單調(diào)增加力，直到軸向負荷失效?？v方向上是混凝土，橫方向上市柱記錄，相反的兩個應力作為每個柱和整個軸向變形的三個部分。在水平方向安裝兩個LVDTs傳感器來衡量觀測值。將上述標本放在稱重傳感器，用來記錄外部負載負荷和應變值，用來高速采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。圖2介紹了測試設置和儀器儀表。VfirtirzalLVDTTransverse-圖2介紹了測試設置和儀器儀表。VfirtirzalLVDTTransverse-LVDTL-oadloadtransducer：載荷傳感器transverse:橫向vertical:垂直圖2測試裝置及儀器2．試驗結果與討論2.1觀察到的行為與失效模式對所有標本的破壞模式進行了明確，顯示在圖37，為展開參考標本，有兩種類型的故障模式:有典型的故障和斜壓剪的故障。，一般典型的壓縮功能衰竭惡化的局部地方發(fā)生了破壞，表現(xiàn)在在參考柱UR0四邊形金字塔形狀周圍，部分混凝土被斜剪切破壞粉碎，可見從斜裂縫滲入底部到頂部的末端所有參考標本失敗是沒有任何預兆。可見爆炸性的方式故障是脆性的，具有突發(fā)性和不可預知性。

圖3故障模式的柱圖4圖5尿調(diào)理素注射用水故障模式故障模式圖6WF2失效模式圖7WF3失效模式雖然包裹的標本值從一開始無限接近混凝土的值，但是混凝土的橫向應變沒有明顯變化的，沒有什么約束和CFRP，因此該密閉標本行為類似于開封的無鋼筋混凝土。核心作用對混凝土來說，折斷碳纖維的部分所生產(chǎn)的拉伸，在應力集中點的表面出現(xiàn)出白色裂縫，可見褶皺產(chǎn)生是橫向擴張模式，也可以觀察到的故障可分為兩種類型：碳纖維復合材料拉伸破裂和原始強度混凝土壓碎。由于這是清楚地顯示在圖5-6，故障發(fā)生的瞬間，附近爆炸的角落發(fā)生FRP板材拉伸斷裂，弱化強度的部分裂縫分布在裂縫帶部分。對CFRP均勻分布在表面，碾碎混凝土的碎屑附著在里面，碳纖維之間的粘著和預期的目標是一致的。對于WF3,因為它是在圖7所示的失敗在試樣的上部發(fā)生，介紹了典型的外觀壓縮破壞與一般四邊形金字塔形狀破壞。碳纖維不發(fā)生破裂，這正好與因數(shù)倍的非均勻橫向擴張有直接關系。2.2應力應變響應和負載容量增益軸向應力，軸向應變關系圖8給出了。因為它可以在這個圖可以看出應力-應變開封的參考樣品的反應無顯著下沉，因此屬于突發(fā)性故障。Axialstre^s/MPaWF3 WF30.010 0.006 0.002-0.0027006 -0.010TransvcPiF^lrain/(m*mT)Axialstrain/fm*m_,)Axialstress:軸向壓力transverse:橫向axialstrain:軸向應變圖8軸向應力應變影響曲線承壓標本反應是由應變的大小密切相關的。如果碳纖維約束較弱，響應曲線呈下降趨勢,例如急劇軟化區(qū)在WF1曲線。但是，如果約束充足，響應曲線呈現(xiàn)出顯著上升超出分支線達到了無限制抗壓強度，例如，對WF2和WF3曲線。軸向軌跡對應峰值負載的UFP和UFO大約3060就和1790就，相應的WF1應變，WF2。WF3是4050就，8790me，8400me。在這里減少意味著壓縮應力。橫向軌跡對應峰UFP和UFO負荷為2026me和424me，以及相應的應變建立WFL，WF2，WF3分別是2170me，5850me和5650me。與無限制參考樣品的UFP相比。峰頂軸向應變分別提高了32％，187.3％。和174.5％。而橫向應變增長7.1％.188.7％和178.8％，包括一層兩三個碳纖維層的值。從負載能力實驗中可知。在Tab.2總結。結果選定三個樣本的多樣性，如果主值的最大值和最小值比例不得低于15％：否則，被選中的中值就否決了最大值和最小值的說法?？梢钥闯鰪谋砀裉祭w維布涂料是在較低的部分的強度有著顯著提高，局部強度從而改善整個柱的負載能力。承載能力在不同的觀察增加11.1％，28.8％.42.1％至引用標本URP與一，二，三層分別是指利用荷載增量的比例與涂料標本的預期效果。比例為62.2％。不足第一層表示通過這一水平提供的效果不達到預期值的1.33％和48.3％，第二和第三層意思是密封的柱包含或超過承載能

力原始強度值，獲得了預期的限制。此外，更大的碳纖維層，可以通過更大的增益負荷能力得以實現(xiàn)。Wb-i.2Gaininkiadcapacitykuidducfllityindt^esProp>ertjesPeak氏=%空”/C1&,■-kN比用/mm/mm，慮州URP797.9L53712.0384L326URO10243.38341.4B34L072WFI附711.]38.S-6L21.07643.2012.97391M0177.52WF21027.92S.呂101.3L33!.65983.92352.36W7H,25l20.fiWR1134.6也1148.34B.31.55244.37062.9441122.0174742.3延性分析負載軸向變形曲線圖9顯示，在早期階段的加載時，增加了軸向變形比負載的變形要慢，作為近線性趨勢提出的變形。當接近高峰負荷，曲線呈現(xiàn)非線性的軸向變形發(fā)展變快。延性指數(shù)m為到達峰值負荷能量的吸收值和結構變形值。所示圖10,位移延性系數(shù)mi，定義作為極限位移」、的比值屈服位移丄，即。凡極限位移的點定義為所在負荷下降后達到高峰負荷的20％沒有到達峰后的余留樣本，最后被用來作為極限位移。而屈服位移是相等的雙線性效應曲線的屈服點，提供了一個相等的面積是反應曲線。延性指數(shù)在Tab.2計算，到達的部分限制是對柱的延性指數(shù)。延性指數(shù)上升124％。78.25％，122％，局部退化的標本URP為177.52％。120.6％。174.74％，原強度分別參考標本UR0。這些與碳纖維層相比有明顯的提高，試樣有更好的彈性，韌性，不僅發(fā)生在局部退化柱上，而且普通的柱也有此現(xiàn)象。1師「0-I-2 -.1 -4J0-I-2 -.1 -4J-6 -7亠EAwi；ililisplacemcnl/ctwnFig.9Load-axialdenjimationcurveAxialdisplacement／mm：軸向位移Load一axialdeformationcurve:負載軸向變形曲線

Fl耳"Fl耳"10DefinitionofductilityfactorDisplacement：位移Definitionofduetilityfactor：延性系數(shù)的定義2.4理論分析許多研究者提出的應力應變模型預測抗壓性能和計算公式在計算方柱承壓高峰負荷與玻璃鋼。基于綜合分析存在的模型，應力應變模型建議由騰（一個偉人）確定下來已被用來確定有效性局部隔離問題。最大壓應力約束混凝土強度可表現(xiàn)為下面的表達式：其中是約束鋼筋混凝土的最大的抗壓強度值；上是未限制混凝土最大抗壓強度值；/是橫向軸壓，是限制有效性系數(shù)匕是形狀有效系數(shù)；上是影響空間的玻璃鋼條的值；是最終的抗拉強度玻璃鋼值，的是一層玻璃的厚度；B是柱橫截面的寬度：和H是交叉柱截面的長度。然后峰值負載可以計算考慮到影響到橫截面形狀，其結果提出圖3從表中統(tǒng)計的數(shù)字可以看出，實驗結果比計算值要高。這兩個結果的誤差只有0.124％，與一層碳纖維復合材料相同，并且其他層試樣分別為0.61％.3.32％。實驗結果與理論分析表明巧合：所有誤差小于4％。模型提出能準確預測最終性能玻璃鋼是局部退化實例，因此，該模型如果應用到玻璃鋼包裹柱，不僅是完美，而且也可以彌補其缺陷。標簽.3對分析值比較實驗結果名稱欄壓縮重量理論壓縮重量最高負荷分析結果對比實驗和計算結果URP35.46797.882URO46.251024.87WF139.439.36886.7885.6-0.124WF246.3846.111027.911021.65-0.61WF351.2252.911134.591172.33.323．結論和建議1）用碳纖維包裹可顯著提高的強度和整個柱負載能力可以得到改善。2）承載能力的大小與碳纖維層有關系。碳纖維復合材料的數(shù)量越大，承載能力越大3）承壓試樣延性顯著增強。4）應力應變模型和公式的提出對玻璃鋼騰密閉結構，提供一定的參照，但是不是完美的。5）部分零件退化是一個建立在軸壓替代方法的基礎上，為了避免費用和時間浪費，退化了的普通混凝土柱強度部分應進行研究，同時為加強柱強度，應進一步研究探討。參考文獻：期刊序號：1988,114(8):1804-1826，＜結構工程報＞,曼德巴頓，普里斯特利MJN,應力應變約束鋼筋混凝土模型的理論提出者。期刊序號：1999,26(2)