鋼筋鋼絲網(wǎng)砂漿加固混凝土柱的軸壓、偏壓和抗震性能

為即大幅度提高待加固混凝土柱的承載力，又大幅度提高其延性，且易于施工，提出綜合發(fā)揮鋼筋和鋼絲網(wǎng)各自的優(yōu)勢、研發(fā)鋼筋鋼絲網(wǎng)砂漿（SW）薄層加固混凝土柱新方法。以試驗(yàn)研究為主探討鋼筋和鋼絲網(wǎng)總配筋率、鋼筋和鋼絲網(wǎng)相對(duì)配筋率和混凝土強(qiáng)度等因素對(duì)被加固柱的軸壓和偏壓性能的影響；研究上述因素和軸壓比對(duì)加固柱滯回耗能特性的影響；分析破壞機(jī)理；建立加固柱在軸壓、偏壓和地震荷載下的簡化力學(xué)模型，提出設(shè)計(jì)方法。 分別用SW、鋼筋網(wǎng)砂漿（S）、碳纖維復(fù)合材料（CFRP）、玻璃纖維復(fù)合材料（GFRP）、CF和GF組合的混雜纖維復(fù)合材料（HFRP）加固混凝土圓柱共100根，進(jìn)行軸壓對(duì)比試驗(yàn)研究，探討不同加固方法對(duì)試件承載能力和延性的影響。結(jié)果顯示，在軸向力作用下，SW加固柱保護(hù)層砂漿會(huì)產(chǎn)生又多又細(xì)又密的裂縫；而S加固柱保護(hù)層砂漿的裂縫間距很大；故SW柱與S柱相比，在承載力提高30%的前提下，延性仍達(dá)S加固柱的2倍以上。FRP或HFRP加固柱的承載力提高幅度最大，但兩種加固柱的延性和變形能力明顯低于SW柱。還給出了SW柱的極限承載力計(jì)算公式，計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值一致性較好。 制作SW和S加固混凝土圓柱22根，方柱16根；分別進(jìn)行了小偏壓和大偏壓對(duì)比試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，偏心距對(duì)加固柱的極限承載力有較顯著影響，如偏心距e0分別為0、d/8、d/4時(shí)，S試件的極限承載力相對(duì)值分別為1、0.79和0.54，SW試件的極限承載力相對(duì)值分別為1、0.77和0.62。但S和SW加固法均不能有效提高小偏心受壓試件的位移延性。大偏壓下的SW方柱的延性相對(duì)S柱略有提高。 制作SW加固、S加固和未加固鋼筋混凝土方柱三類共10個(gè)試件，進(jìn)行各柱在豎向恒定軸力和水平向低周反復(fù)加載作用下的抗震性能對(duì)比試驗(yàn)研究，測試了各柱的抗震承載力、延性、破壞形態(tài)及其滯回特性，討論了配箍率、加固形式和軸壓比對(duì)構(gòu)件抗震性能的影響。結(jié)果表明：相對(duì)S柱， SW柱的砂漿加固層會(huì)產(chǎn)生大量又細(xì)又密的縱橫裂縫，并抑制縱筋與砂漿的粘結(jié)破壞，因而耗能能力有大幅度的提高。如配筋率為3.124%的SW柱與配筋率為2.701%的S柱相比：前者的總耗能為后者的1.76倍。 整個(gè)研究表明，在各種荷載作用下，由于SW的優(yōu)越配筋分散性，加固砂漿層會(huì)產(chǎn)生大量又細(xì)又密的縱橫裂縫（間距基本與鋼絲網(wǎng)格間距（11mm）相等），從而形成良好的耗能系統(tǒng)；故被加固柱具有良好的延性和

為即大幅度提高待加固混凝土柱的承載力，又大幅度提高其延性和耐久性，且易于施工，提出綜合發(fā)揮鋼筋和鋼絲網(wǎng)各自的優(yōu)勢、研發(fā)鋼筋鋼絲網(wǎng)砂漿薄層加固混凝土柱新方法。工作以試驗(yàn)研究為主，有限元分析為輔。主要研究：鋼筋和鋼絲網(wǎng)性能及總配筋率、鋼筋和鋼絲網(wǎng)相對(duì)配筋率、鋼絲網(wǎng)規(guī)格、被加固柱截面形狀和混凝土強(qiáng)度等因素對(duì)鋼筋鋼絲網(wǎng)砂漿加固柱的軸壓和偏壓性能的影響；重點(diǎn)研究上述因素和軸壓比及剪跨比對(duì)加固柱滯回耗能特性的影響；提出加固柱的P-△和M-θ恢復(fù)力模型及其簡化算法；建立加固柱在軸壓、偏壓和地震荷載下的簡化力學(xué)模型，提出設(shè)計(jì)方法。預(yù)研（對(duì)比試驗(yàn)）結(jié)果顯示，得益于鋼絲網(wǎng)的優(yōu)異配筋分散性，鋼筋鋼絲網(wǎng)砂漿加固柱的延性不僅顯著高于纖維復(fù)合材料加固柱，而且也明顯高于鋼筋網(wǎng)砂漿加固柱；同時(shí)還具備耐久和耐熱優(yōu)點(diǎn)；鋼筋鋼絲網(wǎng)砂漿加固施工簡易程度與纖維復(fù)合材料加固法相近，且前者材料費(fèi)不到后者的1/4；故新方法應(yīng)用前景廣闊。

通過分析及試驗(yàn)，對(duì)抗震加固及設(shè)計(jì)的重要盲點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)研究。揭示加固后鋼筋混凝土柱受不同程度地震荷載時(shí)及后使用荷載下的損傷積累并建立分析模型。提出合理的力學(xué)參量及方法計(jì)算結(jié)構(gòu)的殘余抗震和使用性能。研究結(jié)果將應(yīng)用于實(shí)際結(jié)構(gòu)的加固設(shè)計(jì)和健康診斷。本研究將為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)及加固方法的實(shí)現(xiàn)提供理論和試驗(yàn)依據(jù)。 2100433B

由于CFRP具有良好的導(dǎo)電性能和耐腐蝕性，將CFRP用于加固混凝土柱同時(shí)兼作陰極保護(hù)的陽極材料，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)強(qiáng)加固和阻止鋼筋銹蝕的雙重目的。其思路是采用導(dǎo)電性膠把CFRP粘貼到混凝土柱表面，CFRP作為陽極，鋼筋作為陰極，通過外部直流電源設(shè)備給鋼筋持續(xù)施加一定密度的電流從而使得在鋼筋上的陽極反應(yīng)降低到最小程度，抑制鋼筋的銹蝕；同時(shí)，CFRP約束作用能顯著提高柱承載力和抗震性能，充分發(fā)揮CFRP的優(yōu)點(diǎn)。本項(xiàng)目采用溶液共混法將納米石墨片添加到聚合物基體中制備導(dǎo)電膠粘劑，系統(tǒng)研究不同納米石墨片摻量對(duì)導(dǎo)電膠導(dǎo)電性能、力學(xué)性能、粘接性能和耐久性能的影響規(guī)律；確定能滿足加固和陰極保護(hù)用導(dǎo)電膠的合理配比。在此基礎(chǔ)上，研究采用導(dǎo)電膠粘貼CFRP加固混凝土柱的陰極保護(hù)特性，分析極化電阻、電荷轉(zhuǎn)移電阻等參數(shù)的變化規(guī)律，鋼筋表面銹蝕產(chǎn)物的物相組成和鋼筋/混凝土界面形貌，揭示CFRP加固混凝土柱的陰極保護(hù)機(jī)制。

為發(fā)揮現(xiàn)代結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)化組合與新型結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)新，本項(xiàng)目開展PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的抗震性能研究。本項(xiàng)目的研究將為大型橋梁與城市高架橋的橋墩等提供新的結(jié)構(gòu)體系等提供新的結(jié)構(gòu)體系。 本項(xiàng)目以PVC-FRP管鋼筋混凝土柱為研究對(duì)象，重點(diǎn)考慮FRP條帶環(huán)箍間距、配筋率、配箍率、軸壓比、剪跨比等因素對(duì)其抗震性能的影響，提出PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的相關(guān)計(jì)算方法。（1）開展豎向荷載作用下PVC-FRP管鋼筋混凝土柱力學(xué)性能研究，提出PVC-FRP鋼筋混凝土柱承載力、變形、荷載-位移關(guān)系、彎矩-曲率關(guān)系曲線的計(jì)算方法，建立偏壓荷載作用下PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型。（2）開展低周反復(fù)荷載作用下PVC-FRP管混凝土柱抗彎性能試驗(yàn)研究，深入研究PVC-FRP管鋼筋混凝土柱在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能與破壞機(jī)理，系統(tǒng)分析試驗(yàn)各因素對(duì)試件承載力、變形、滯回耗能以及抗震性能的影響.（3）開展低周反復(fù)荷載作用下PVC-FRP管鋼筋混凝土柱抗剪性能試驗(yàn)研究，分析各因素對(duì)PVC-FRP管鋼筋混凝土柱抗剪性能與抗震性能的影響，研究PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的破壞形態(tài)、抗剪機(jī)理、承載力、應(yīng)變、延性和滯回曲線；（4）提出PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的抗彎承載力、抗剪承載力、延性系數(shù)和軸壓比限值的計(jì)算方法，建立PVC-FRP管鋼筋混凝土柱的恢復(fù)力模型。 2100433B