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碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)作为一种新型材料,由于抗拉强度高、重量轻、耐腐蚀性能好、施工便捷、不增加结构尺寸等突出优点,被广泛应用于土木结构加固领域。现有研究表明FRP约束混凝土柱的失效形式主要表现为FRP包裹层被拉断,断裂时的FRP极限环向应变明显低于材料性能实验测得的极限拉断应变值。造成这种现象的原因:一是受FRP现场包裹质量的影响,造成FRP包裹层的应力集中,从而发生提前破坏;二是对于FRP全包裹约束混凝土和FRP水平环向包裹约束混凝土而言,由于FRP搭接区非连续处的存在,容易产生FRP包裹层应力集中而造成提前破坏。基于此,本文提出采用FRP连续条带螺旋部分包裹混凝土柱的加固方式,能避免搭接区非连续部位对FRP断裂时极限应变的影响。同时还具备以下优点:(1)适用于机械操作一体化施工,提高包裹质量和加固效率;(2)轴向抗压承载力与变形能力的协调优化;(3)提高结构抗震性能。本文主要研究内容如下:(1)FRP条带螺旋部分包裹混凝土圆柱的单调轴压力学性能研究:通过对28个直径190mm、高400mm的FRP条带螺旋部分约束混凝土圆柱试件进行单调轴压试验,分析研究了FRP条带宽度、层数、缠绕角度和有效约束率对约束混凝土单调轴压力学性能的影响。结果表明:约束混凝土的破坏形式为中部位置FRP包裹层纤维发生断裂;FRP条带宽度、层数和有效约束率增加,约束混凝土的抗压强度和极限轴向应变均得到提升;缠绕角度越接近水平环向,FRP螺旋约束作用越明显;(2)FRP条带螺旋部分包裹混凝土圆柱的循环轴压力学性能研究:通过18个FRP条带螺旋部分包裹试件的循环轴压试验,考虑FRP有效约束率、加卸载规则对约束混凝土循环轴压力学性能的影响。结果表明:单调轴压约束混凝土与循环轴压约束混凝土的破坏形态基本相似,都是CFRP纤维在试件中部高度发生断裂破坏,且二者在轴压试验过程的应力-应变曲线基本重合;循环轴压荷载作用下,加载历史对于塑性残余应变和应力损伤都会产生累积作用:随着循环加/卸载次数的增加,塑性残余应变累积程度不断减少直至保持不变;随着循环加/卸载次数的增加,应力损伤程度不断降低直至保持不变;(3)建立FRP条带螺旋部分包裹混凝土圆柱单调轴压本构模型:提出FRP条带螺旋部分约束混凝土圆柱强约束、弱约束的界定条件与标准;通过试验数据进行回归分析,在现有模型的基础上修正改进,从而分别得到了抗压强度和极限轴向应变的计算公式,建立FRP条带螺旋部分约束混凝土圆柱单调轴压应力-应变设计模型和分析模型,模型预测结果与试验结果吻合较好,可以为该类型加固结构的轴压性能设计提供科学的参考依据;(4)建立FRP条带螺旋部分包裹混凝土圆柱的循环轴压力学模型:通过分析循环轴压作用下加、卸载曲线规律,结合单调轴压本构模型,建立FRP条带螺旋部分包裹混凝土圆柱的滞回模型,并与现有模型和试验数据进行对比。结果表明本文提出的模型能较好地预测试验结果。