钢筋钢丝网砂浆加固混凝土柱的轴压、偏压和抗震性能

为即大幅度提高待加固混凝土柱的承载力，又大幅度提高其延性，且易于施工，提出综合发挥钢筋和钢丝网各自的优势、研发钢筋钢丝网砂浆（SW）薄层加固混凝土柱新方法。以试验研究为主探讨钢筋和钢丝网总配筋率、钢筋和钢丝网相对配筋率和混凝土强度等因素对被加固柱的轴压和偏压性能的影响；研究上述因素和轴压比对加固柱滞回耗能特性的影响；分析破坏机理；建立加固柱在轴压、偏压和地震荷载下的简化力学模型，提出设计方法。 分别用SW、钢筋网砂浆（S）、碳纤维复合材料（CFRP）、玻璃纤维复合材料（GFRP）、CF和GF组合的混杂纤维复合材料（HFRP）加固混凝土圆柱共100根，进行轴压对比试验研究，探讨不同加固方法对试件承载能力和延性的影响。结果显示，在轴向力作用下，SW加固柱保护层砂浆会产生又多又细又密的裂缝；而S加固柱保护层砂浆的裂缝间距很大；故SW柱与S柱相比，在承载力提高30%的前提下，延性仍达S加固柱的2倍以上。FRP或HFRP加固柱的承载力提高幅度最大，但两种加固柱的延性和变形能力明显低于SW柱。还给出了SW柱的极限承载力计算公式，计算值与实验值一致性较好。 制作SW和S加固混凝土圆柱22根，方柱16根；分别进行了小偏压和大偏压对比试验研究。结果表明，偏心距对加固柱的极限承载力有较显著影响，如偏心距e0分别为0、d/8、d/4时，S试件的极限承载力相对值分别为1、0.79和0.54，SW试件的极限承载力相对值分别为1、0.77和0.62。但S和SW加固法均不能有效提高小偏心受压试件的位移延性。大偏压下的SW方柱的延性相对S柱略有提高。 制作SW加固、S加固和未加固钢筋混凝土方柱三类共10个试件，进行各柱在竖向恒定轴力和水平向低周反复加载作用下的抗震性能对比试验研究，测试了各柱的抗震承载力、延性、破坏形态及其滞回特性，讨论了配箍率、加固形式和轴压比对构件抗震性能的影响。结果表明：相对S柱， SW柱的砂浆加固层会产生大量又细又密的纵横裂缝，并抑制纵筋与砂浆的粘结破坏，因而耗能能力有大幅度的提高。如配筋率为3.124%的SW柱与配筋率为2.701%的S柱相比：前者的总耗能为后者的1.76倍。 整个研究表明，在各种荷载作用下，由于SW的优越配筋分散性，加固砂浆层会产生大量又细又密的纵横裂缝（间距基本与钢丝网格间距（11mm）相等），从而形成良好的耗能系统；故被加固柱具有良好的延性和

为即大幅度提高待加固混凝土柱的承载力，又大幅度提高其延性和耐久性，且易于施工，提出综合发挥钢筋和钢丝网各自的优势、研发钢筋钢丝网砂浆薄层加固混凝土柱新方法。工作以试验研究为主，有限元分析为辅。主要研究：钢筋和钢丝网性能及总配筋率、钢筋和钢丝网相对配筋率、钢丝网规格、被加固柱截面形状和混凝土强度等因素对钢筋钢丝网砂浆加固柱的轴压和偏压性能的影响；重点研究上述因素和轴压比及剪跨比对加固柱滞回耗能特性的影响；提出加固柱的P-△和M-θ恢复力模型及其简化算法；建立加固柱在轴压、偏压和地震荷载下的简化力学模型，提出设计方法。预研（对比试验）结果显示，得益于钢丝网的优异配筋分散性，钢筋钢丝网砂浆加固柱的延性不仅显著高于纤维复合材料加固柱，而且也明显高于钢筋网砂浆加固柱；同时还具备耐久和耐热优点；钢筋钢丝网砂浆加固施工简易程度与纤维复合材料加固法相近，且前者材料费不到后者的1/4；故新方法应用前景广阔。

通过分析及试验，对抗震加固及设计的重要盲点进行系统研究。揭示加固后钢筋混凝土柱受不同程度地震荷载时及后使用荷载下的损伤积累并建立分析模型。提出合理的力学参量及方法计算结构的残余抗震和使用性能。研究结果将应用于实际结构的加固设计和健康诊断。本研究将为钢筋混凝土结构基于性能的抗震设计及加固方法的实现提供理论和试验依据。 2100433B

由于CFRP具有良好的导电性能和耐腐蚀性，将CFRP用于加固混凝土柱同时兼作阴极保护的阳极材料，实现补强加固和阻止钢筋锈蚀的双重目的。其思路是采用导电性胶把CFRP粘贴到混凝土柱表面，CFRP作为阳极，钢筋作为阴极，通过外部直流电源设备给钢筋持续施加一定密度的电流从而使得在钢筋上的阳极反应降低到最小程度，抑制钢筋的锈蚀；同时，CFRP约束作用能显著提高柱承载力和抗震性能，充分发挥CFRP的优点。本项目采用溶液共混法将纳米石墨片添加到聚合物基体中制备导电胶粘剂，系统研究不同纳米石墨片掺量对导电胶导电性能、力学性能、粘接性能和耐久性能的影响规律；确定能满足加固和阴极保护用导电胶的合理配比。在此基础上，研究采用导电胶粘贴CFRP加固混凝土柱的阴极保护特性，分析极化电阻、电荷转移电阻等参数的变化规律，钢筋表面锈蚀产物的物相组成和钢筋/混凝土界面形貌，揭示CFRP加固混凝土柱的阴极保护机制。

为发挥现代结构材料的优势，实现多种结构材料的优化组合与新型结构体系创新，本项目开展PVC-FRP管钢筋混凝土柱的抗震性能研究。本项目的研究将为大型桥梁与城市高架桥的桥墩等提供新的结构体系等提供新的结构体系。 本项目以PVC-FRP管钢筋混凝土柱为研究对象，重点考虑FRP条带环箍间距、配筋率、配箍率、轴压比、剪跨比等因素对其抗震性能的影响，提出PVC-FRP管钢筋混凝土柱的相关计算方法。（1）开展竖向荷载作用下PVC-FRP管钢筋混凝土柱力学性能研究，提出PVC-FRP钢筋混凝土柱承载力、变形、荷载-位移关系、弯矩-曲率关系曲线的计算方法，建立偏压荷载作用下PVC-FRP管钢筋混凝土柱的应力-应变关系模型。（2）开展低周反复荷载作用下PVC-FRP管混凝土柱抗弯性能试验研究，深入研究PVC-FRP管钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的受力性能与破坏机理，系统分析试验各因素对试件承载力、变形、滞回耗能以及抗震性能的影响.（3）开展低周反复荷载作用下PVC-FRP管钢筋混凝土柱抗剪性能试验研究，分析各因素对PVC-FRP管钢筋混凝土柱抗剪性能与抗震性能的影响，研究PVC-FRP管钢筋混凝土柱的破坏形态、抗剪机理、承载力、应变、延性和滞回曲线；（4）提出PVC-FRP管钢筋混凝土柱的抗弯承载力、抗剪承载力、延性系数和轴压比限值的计算方法，建立PVC-FRP管钢筋混凝土柱的恢复力模型。 2100433B