CFRP约束混凝土高温后轴压性能演变规律及剩余承载力评估

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随着经济社会的发展,建筑物的功能开始变得多样化,这对建筑物的承载能力提出了更高的要求,承载能力不能满足现有规范要求的建筑物则需要进行加固与修复,对于使用空间有要求的结构同样需要使用材料来进行增强以达到使用要求,CFRP作为新兴的增强与加固材料,与传统材料相比具有体积小、质量轻、强度高、抗腐蚀、耐疲劳等独特的优势,在土木工程领域中得到了广泛的应用。目前研究CFRP增强混凝土结构的研究主要集中在常温下及历经高温后的混凝土结构,火灾作为一种危害性大且较为常见的灾害,长久以来一直对建筑安全以及人民的生命财产安全有着巨大的威胁,CFRP材料在高温作用下与混凝土共同作用的效果会逐渐消失,这势必会影响CFRP约束混凝土结构的整体性能,增加结构安全的不确定性,为此有必要展开CFRP约束混凝土高温后轴压力学性能演变规律的研究。基于此,本文重点研究了历经温度、恒温时长对CFRP约束混凝土高温后轴压力学性能的影响规律。主要研究成果如下:(1)完成了25组CFRP材性试样历经高温后的拉伸试验及46个无约束混凝土试件的轴心受压试验,并提出了CFRP历经高温后拉伸强度的评估公式。(2)完成了46个CFRP约束混凝土试件的轴心受压试验。观察了试件的破坏过程及形态,获取了应力-应变全过程曲线,分析了不同变化参数对试件峰值应力、轴压刚度、延性及耗能能力的影响规律。研究结果表明,随着历经温度的升高,试件的峰值应力及轴压刚度逐渐减小,耗能能力先增后减,延性则是先减后增,增加恒温时长对其轴压力学性能影响较小。(3)通过将有约束混凝土与同历经高温后无约束混凝土的破坏形态、应力-应变曲线及峰值应力进行对比,得出CFRP对混凝土的约束失效温度为500℃。(4)对比分析了CFRP约束混凝土圆与棱柱体高温后轴压性能及轴压性能变化速率的差异,比对结果发现,峰值应力与耗能能力均为圆柱体试件表现更优,轴压刚度则是棱柱体试件更优,历经高温后二者轴压力学性能会逐渐趋近,增加恒温时长会加快趋近速度;圆柱体试件峰值应力及耗能能力的退化速率要大于棱柱体试件,轴压刚度则是棱柱体试件退化更快。(5)基于试验数据,考虑了历经高温作用后混凝土抗压强度退化、CFRP抗拉强度退化及CFRP对混凝土约束效应退化之间的耦合作用,提出了CFRP约束混凝土高温后剩余承载力计算模型,该模型具有一定适用性。
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