[01244143]受损砼轴心柱围束碳纤维布应力-应变关系研究

1．任务来源

该课题是唐山市科学技术研究与发展计划项目，课题题目：受损砼轴心柱围束碳纤维布应力—应变关系研究，课题编号为：04362301B-9，课题起止年限2005年7月～2009年5月。

2.应用领域与技术原理

（1）应用领域：混凝土结构的加固修复。

（2）技术原理通过试验手段测试得出在碳纤维不同约束条件下混凝土轴压强度及其两者的影响关联程度；对受损加固后混凝土应力—应变关系进行测试研究；根据试验数据和资料进行理论分析，为碳纤维约束加固受压区混凝土提供加固方法和设计依据；应用混凝土损伤理论和复合材料力学，对碳纤维约束混凝土试件的本构关系进行理论探讨。

3.性能指标

通过试验研究和理论分析得出：（1）CFRP全裹覆约束混凝土圆柱体未受损试件及受损试件，约束后的强度值均为未约束强度的1.7倍以上；碳纤维布全裹覆约束混凝土棱柱体未受损试件及受损试件，约束后的强度值均为未约束强度的1倍以上。

（2）碳纤维布全裹覆约束混凝土圆柱体未受损试件，约束后与峰值应力对应的应变值为未约束应变的3.68～6.52倍，约束受损试件为2.21～6.25倍；碳纤维布全裹覆约束混凝土棱柱体未受损试件，约束后与峰值应力对应的应变值为未约束应变的1.69～3.36倍，约束受损试件为2.62～3.12倍。

（3）受损混凝土棱柱体约束后应力—应变关系呈现明显的曲线变化，在曲线上升段可用指数函数拟合，而下降段可直接用直线方程。

4.与国内外相关技术比较国内未见与该课题研究内容完全相同的公开文献报道。

5.成果的创造性、先进性（1）该项目通过试验研究和回归分析，根据碳纤维约束混凝土圆柱体试件的抗压强度试验数据，分别得到了碳纤维约束未受损的混凝土和碳纤维约束受损混凝土的极限强度计算方法和峰值应变计算方法。

（2）根据Ahmad等人的模型和该项目所做试验数据，通过曲线拟合，得到了在碳纤维约束后各强度等级为受损混凝土及受损混凝土的应力—应变关系曲线。

（3）根据实验结果和理论分析，提出影响碳纤维约束混凝土性能的因素主要有：CFRP的性能；横向CFRP体积相对于所约束混凝土体积之比；矩形截面相对转角的影响；混凝土强度等。

6.作用意义我国处于多震地区，有40﹪以上的地区属于7度地震裂度区，有70﹪的百万人口大城市处于此地震区内而且柱的破坏将直接导致同层结构失效。

因此，建筑结构中柱在受损后进行及时有效地修复加固是至关重要的。

该项目的研究成果，确定了在偶然荷载作用下受损的混凝土经碳纤维约束后仍能超过其原有强度，并对实际工程中混凝土结构轴心受压构件损坏后能够用碳纤维约束后正常使用提供了理论和试验依据。

7.推广应用前景用碳纤维片材约束混凝土柱，一方面提高压区混凝土的变形能力。

通过与相同强度下混凝土轴心受压应力一应变关系对比可以发现，在碳纤维约束下的混凝土变形能力得到了很大的改善，尤其是纤维加固量较大时下降段还改为上升段，混凝土的极限压应变有明显的提高，推迟了混凝土的脆性破碎，从而充分发挥钢筋的塑性变形性能，改善结构延性。

另一方面提高了结构在地震作用下的耗能能力。

对于抗震结构的要求除了要有足够的强度，还必须有一定的延性，保证结构具有良好的塑性变形能力，耗散更多的地震能量。

该项目的研究成果，首先验证了在偶然荷载作用下受损的混凝土经碳纤维约束后仍能超过其原有强度。

这一点对于进一步开展加固受损混凝土柱的研究提供了充足的证据。该项目提出的计算方法和应力应变关系，是碳纤维加固受损混凝土柱设计计算的理论基础，对实际工程中混凝土结构轴心受压构件损坏后能够用碳纤维约束后正常使用提供了理论依据。

采取措施进一步拓宽数据代表性，用更多的试验数据进行验证和提高。争取政府相关技术管理部门的支持，和建设主管部门立项，将研究成果编入设计规程，争取进一步推广应用。撰写论文，扩大影响，使之成为全国均知晓的一种加固设计与计算依据之一。