中度劣化大偏压柱用CFRP/BFRP复合CFRCM加固前后力学性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:l342016022
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研究表明服役于煤矿环境下钢筋混凝土(RC)柱极易过早发生劣化,研究碳纤维增强复材(CFRP)或玄武岩纤维增强复材(BFRP)复合碳纤维增强水泥基材料(CFRCM)加固方法可以改善传统加固方法的诸多不足,进而对煤矿环境下现存劣化RC结构的修复加固问题具备现实指导意义。本文采用试验先行、理论支撑、计算验证的研究思路,研究了煤矿环境下中度劣化大偏压柱材料性能退化规律、力学性能退化规律及承载力计算方法,探讨了CFRP/BFRP复合CFRCM加固中度劣化大偏压柱力学性能增强规律及承载力计算方法,主要结论和创新成果如下:(1)揭示了煤矿环境下劣化混凝土性能退化机理及规律。验证了侵蚀元素由表及里的传输扩散机理;回归分析出劣化混凝土中性化深度及抗压强度的时变规律函数。(2)得到了煤矿环境下锈蚀钢筋力学性能退化规律。纵向钢筋和箍筋锈蚀率的增长趋势为二次曲线,受拉钢筋锈蚀率明显高于受压钢筋,柱头箍筋锈蚀率后期高于柱中箍筋,且箍筋锈蚀率高于纵向钢筋;建立了锈蚀钢筋名义屈服强度、名义极限强度与锈蚀率线性关系式。(3)阐述了煤矿环境下大偏压柱劣化表征、加载过程中及破坏时形态演变规律。随着试验周期延长,劣化表征从锈斑变成锈胀裂缝,锈胀裂缝长度和宽度不断扩展;劣化柱的开裂荷载存在减小的趋势,且劣化柱受拉区混凝土的横向裂缝数量进一步增多,裂缝发展速度也会相应加快,耦合静载作用会使这些现象更加明显,但受压区混凝土最终被压碎的破坏形态对所有试验柱来说是一致的。(4)明确了煤矿环境下中度劣化大偏压柱力学性能退化规律,修订了劣化大偏压柱承载力计算方法。劣化柱极限承载力退化呈现“先快后慢,持续下降”的特征,耦合静载作用提升了大偏压柱极限承载力退化幅度,8周期二者的极限承载力相较基准柱分别下降了19.76%和20.66%;试验柱延性系数最终呈现出下降趋势,8周期二者的延性较基准柱分别下降了30.69%和36.63%;考虑混凝土劣化和钢筋锈蚀的影响,修订了劣化大偏压柱承载力计算方法。(5)CFRP/BFRP复合CFRCM加固显著提升中度劣化大偏压柱力学性能。加固柱纤维复材加固层得到充分利用,最终破坏模式均为纤维复材加固层断裂;CFRCM复合2层碳纤维布、纤维编织网和玄武岩纤维编织网加固后试验柱极限承载力较未加固柱提升幅度分别为18.9%~23.6%、17.2%~22.65%和13.1%~16.1%,且三种加固方法均可以改善试验柱的延性;考虑到纤维复材加固层环向约束作用,按复合纤维布和纤维编织网分别修订了横向约束联合侧面纵向加固后大偏压柱承载力计算方法。该论文有图44幅,表23个,参考文献84篇。
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