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预应力钢箍加固混凝土圆形短柱轴压性能研究

谢剑 杨丽 徐福泉

谢剑, 杨丽, 徐福泉. 预应力钢箍加固混凝土圆形短柱轴压性能研究[J]. 工程力学, 2020, 37(11): 195-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
引用本文: 谢剑, 杨丽, 徐福泉. 预应力钢箍加固混凝土圆形短柱轴压性能研究[J]. 工程力学, 2020, 37(11): 195-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
Jian XIE, Li YANG, Fu-quan XU. STUDY ON AXIAL COMPRESSION PERFORMANCE OF CONCRETE STUB COLUMN STRENGTHENED BY PRESTRESSED STEEL HOOP[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(11): 195-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
Citation: Jian XIE, Li YANG, Fu-quan XU. STUDY ON AXIAL COMPRESSION PERFORMANCE OF CONCRETE STUB COLUMN STRENGTHENED BY PRESTRESSED STEEL HOOP[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(11): 195-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020

预应力钢箍加固混凝土圆形短柱轴压性能研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
基金项目: 北京市科技计划课题项目(Z181100009218001)
详细信息
    作者简介:

    杨 丽(1995−),男(回族),河北人,硕士生,主要从事混凝土结构基本理论和加固技术研究与应用(E-mail: hgyangsen@163.com)

    徐福泉(1973−),男,辽宁人,研究员,博士,主要从事建筑结构与加固改造(E-mail: xufuquan@cabrtech.com)

    通讯作者: 谢 剑(1974−),男,河北人,教授,博士,博导,主要从事混凝土结构基本理论和加固技术研究与应用(E-mail: xiejian@tju.edu.cn)
  • 中图分类号: TU318

STUDY ON AXIAL COMPRESSION PERFORMANCE OF CONCRETE STUB COLUMN STRENGTHENED BY PRESTRESSED STEEL HOOP

  • 摘要: 对33个预应力钢箍加固混凝土圆形短柱(PSHC)及9个对比柱进行轴压性能试验,研究配箍率(包括钢箍间距、混凝土柱直径)、预应力比、初始轴压比等因素对PSHC承载能力和变形能力的影响。结果表明:PSHC的承载能力和变形能力相比于对比柱,可分别提高107%和540%。加固效果会随着钢箍配箍率的增加而变好;预应力比逐渐增加时PSHC承载能力逐渐增加,峰值应变逐渐降低;初始轴压比的大小不会对加固效果产生明显影响,预应力钢箍加固混凝土柱技术可以作为一种不卸荷的加固方式。此外,提出PSHC承载力计算方法,用该文试验和其他学者试验数据进行验证,计算结果与试验结果吻合良好。
  • 图  1  钢箍拉伸应力-应变曲线

    Figure  1.  Tension stress-strain curve of steel hoop

    图  2  钢箍及扭力扳手

    Figure  2.  Steel hoop and torque wrench

    图  3  无轴压比试件加固过程

    Figure  3.  Strengthening process of specimens without axial compression

    图  4  有轴压比试件加固过程

    Figure  4.  Strengthening process of specimens with axial compression

    图  5  测量装置

    Figure  5.  Test setup for specimens

    图  6  试件破坏模式

    Figure  6.  Failure modes of specimens

    图  7  不同参数作用对应力-应变曲线及峰值应力和应变的影响

    Figure  7.  Effect of different parameters for stress-strain curves

    图  8  应力-钢箍环向应变曲线汇总

    Figure  8.  Stress-hoop strain curves of specimens

    图  9  有效约束示意图

    Figure  9.  Effective constraint

    图  10  试验值与计算值对比

    Figure  10.  Comparison of calculations with experimental results

    表  1  试件详细设计参数

    Table  1.   Details of the specimen

    试件编号截面尺寸D×H/mm混凝土强度钢箍间距/mm钢箍配箍率/(%)预应力比轴压比n钢箍尺寸W×${t_{\rm{s}}}$/mm备注
    Z0-1/2/3190×500C200.0026×0.9对比试件
    Z1-1/2/3190×500C20500.980.000.0026×0.9试验试件
    Z2-1/2/3190×500C20500.980.150.0026×0.9试验试件
    Z3-1/2/3190×500C20900.550.150.0026×0.9试验试件
    Z4-1/2/3190×500C201500.330.150.0026×0.9试验试件
    Z5-1/2/3190×500C20500.980.300.0026×0.9试验试件
    Z6-1/2/3190×500C20500.980.400.0026×0.9试验试件
    Z7-1/2/3150×500C200.0026×0.9对比试件
    Z8-1/2/3150×500C20900.690.150.0026×0.9试验试件
    Z9-1/2/3250×500C200.0026×0.9对比试件
    Z10-1/2/3250×500C20900.420.150.0026×0.9试验试件
    Z11-1/2/3190×500C20900.550.150.2026×0.9试验试件
    Z12-1/2/3190×500C20900.550.150.3526×0.9试验试件
    Z13-1/2/3190×500C20900.550.150.5026×0.9试验试件
    注:ZA-1/2/3中,Z为轴压柱,A为试件组数编号,1/2/3为3个平行试件;DH分别为混凝土柱的直径和高度,单位均为mm;W${t_{\rm{s}}}$分别为钢箍的宽度和厚度,单位均为mm;钢箍配箍率为钢箍体积与混凝土柱体积之比;轴压比计算公式[17]n=N/(fcA)。
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    表  2  钢箍拉伸试验结果

    Table  2.   Tensile test results of steel hoop

    名义屈服强度/
    MPa
    抗拉强度/
    MPa
    名义屈服应变/
    με
    极限应变/
    με
    弹性模量/
    MPa
    534710503528462207600
    注:钢箍拉伸曲线无明显的屈服平台,因此将产生0.2%塑性变形时的应力作为名义屈服强度,对应应变为名义屈服应变。
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    表  3  各试件的峰值应力和峰值应变

    Table  3.   Peak stress and peak strain of test and predicted equation

    试件编号峰值应力试验值/MPa峰值应力增幅/(%)峰值应力计算值/MPa计算值/试验值峰值应变试验值/με峰值应变增幅/(%)
    Z0-1/2/314.51800
    Z1-1/2/323.05924.51.0717336860
    Z2-1/2/326.07925.70.9911555540
    Z3-1/2/321.14623.01.095000178
    Z4-1/2/319.23218.60.97338590
    Z5-1/2/329.110128.10.978390370
    Z6-1/2/330.010729.10.977590320
    Z7-1/2/315.81934
    Z8-1/2/324.15325.01.037018263
    Z9-1/2/315.81500
    Z10-1/2/321.23422.51.064002167
    Z11-1/2/322.64324.41.085245191
    Z12-1/2/322.54224.41.085267193
    Z13-1/2/323.34724.41.055039180
    平均值1.03
    标准差0.05
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    表  4  各模型比选结果

    Table  4.   Comparison results of six models

    试件编号文献[11]与
    试验值之比
    文献[19]与
    试验值之比
    文献[20]与
    试验值之比
    文献[21]与
    试验值之比
    文献[22]与
    试验值之比
    文献[23]与
    试验值之比
    Z0-1/2/30.910.910.910.910.911.10
    Z1-1/2/30.870.961.531.070.801.18
    Z2-1/2/30.820.851.350.940.711.05
    Z3-1/2/30.971.041.661.160.831.01
    Z4-1/2/31.001.151.831.280.861.02
    Z5-1/2/30.780.761.210.840.630.93
    Z6-1/2/30.780.731.170.820.610.91
    Z7-1/2/31.461.592.541.791.361.21
    Z8-1/2/30.941.001.591.130.801.23
    Z9-1/2/31.321.382.161.511.221.20
    Z10-1/2/30.950.961.511.060.831.19
    Z11-1/2/30.940.971.551.090.821.20
    Z12-1/2/30.950.981.561.090.821.21
    Z13-1/2/30.920.941.501.050.791.17
    平均值0.971.021.581.120.861.11
    标准差0.190.230.410.260.200.11
    是否简单
    是否通用
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    表  5  主动约束混凝土柱数据

    编号作者文献名称柱子
    形状
    柱子尺寸/mm柱子
    数量
    混凝土
    强度
    配筋情况中心间距/
    mm
    预应力
    水平
    原承载力/
    kN
    加固后
    承载力/kN
    试验提升幅度/(%)试验/计算/
    (%)
    1 厉春龙 环向预应力FRP加固混凝土圆柱的主动约束机理研究 圆柱 300×900 1 C40 60 0.00 223 318 42.4 112.1
    2 圆柱 300×900 1 C40 60 0.10 223 304 36.0 104.9
    3 圆柱 300×900 1 C40 60 0.15 223 302 35.1 103.2
    4 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 223 356 59.7 120.8
    5 圆柱 300×900 1 C40 60 0.25 223 297 33.3 99.7
    6 圆柱 300×900 1 C20 60 0.20 149 206 37.8 97.4
    7 圆柱 300×900 1 C30 60 0.20 132 215 62.4 110.6
    8 圆柱 250×750 1 C40 60 0.20 223
    9 圆柱 200×600 1 C40 60 0.20 223
    10 圆柱 150×400 1 C40 60 0.20 223
    11 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 223 301 34.9 106.6
    12 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 223 336 50.5 106.6
    13 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 223 332 48.8 106.6
    14 白晓斌 环向预应力FRP加固混凝土圆柱轴心受压性能研究 圆柱 300×900 1 C40 60 0.00 2231 2758 24.0 100.0
    15 圆柱 300×900 1 C40 60 0.00 2231 3177 42.0 101.4
    16 圆柱 300×900 1 C40 60 0.10 2231 2973 33.0 116.5
    17 圆柱 300×900 1 C40 60 0.15 2231 3015 35.0 107.4
    18 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3627 63.0 108.0
    19 圆柱 300×900 1 C40 60 0.25 2231 2966 33.0 128.9
    20 圆柱 300×900 1 C20 60 0.20 1325 2159 63.0 104.5
    21 圆柱 300×900 1 C30 60 0.20 1494 2411 61.0 100.0
    22 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3223 44.0 113.1
    23 圆柱 250×750 1 C40 60 0.20 2231 2266 51.0 100.0
    24 圆柱 200×600 1 C40 60 0.20 2231 1425 49.0 85.7
    25 圆柱 150×400 1 C40 60 0.20 2231 943 75.0 124.2
    26 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3112 39.0 115.1
    27 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3480 56.0 108.4
    28 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3434 54.0 120.7
    29 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3371 51.0 110.6
    30 圆柱 300×900 1 C30 60 0.20 2231 1689 13.0 123.7
    31 圆柱 300×900 1 C40 8@200 60 0.20 3241 3479 7.0 122.0
    32 圆柱 300×900 1 C40 8@120 60 0.20 3241 4095 26.0 119.8
    33 圆柱 300×900 1 C40 12@200 60 0.20 3361 4265 27.0 88.5
    34 卢春玲 预应力碳纤维复材布加固钢筋混凝土方柱轴压性能分析 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 100 0.00 1760 1951 10.8 100.0
    35 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 100 0.10 1760 2114 20.1 85.6
    36 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 100 0.20 1760 2301 30.7 91.3
    37 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 100 0.30 1760 2840 61.4 97.7
    38 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 0 0.00 1760 2225 26.4 91.2
    39 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 0 0.10 1760 2237 27.1 89.7
    40 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 0 0.20 1760 2419 37.4 94.5
    41 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 0 0.30 1760 2920 65.9 111.1
    42 董磊 FRP约束混凝土轴心受压性能的试验研究和理论分析 方柱 150×150×450 1 C20 0 0.00 510 719 41.0 109.9
    43 方柱 150×150×450 1 C20 50 0.00 510 576 13.0 85.9
    44 方柱 150×150×450 1 C20 25 0.00 510 587 15.1 94.5
    45 方柱 150×150×450 1 C30 0 0.00 473 789 66.6 88.1
    46 方柱 150×150×450 1 C30 50 0.00 473 597 26.1 99.9
    47 方柱 150×150×450 1 C30 25 0.00 473 618 30.6 94.1
    48 方柱 150×150×450 1 C40 50 0.00 473 684 101.5
    49 方柱 150×150×450 1 C40 410,6@200 25 0.00 473 700 90.9
    50 方柱 150×150×450 1 C30 410,6@200 0 0.00 520 914 76.5 105.2
    51 方柱 150×150×450 1 C30 410,6@200 50 0.00 520 668 28.9 102.7
    52 方柱 150×150×450 1 C30 410,6@200 25 0.00 520 687 32.8 96.8
    53 方柱 150×150×600 1 C30 50 0.00 520 603 95.3
    54 方柱 200×200×450 1 C30 25 0.00 924 1012 98.2
    55 程东辉 预应力碳纤维布加固混凝土方柱截面短柱轴心受压试验 方柱 200×200×1000 1 C20 412 120 0.05 720 1080 50.0 106.8
    56 方柱 200×200×1000 1 C20 412 120 0.14 700 1060 51.4 101.5
    57 方柱 200×200×1000 1 C20 412 120 0.22 740 1120 51.4 103.9
    58 方柱 200×200×1000 1 C20 416 120 0.05 840 1160 38.1 110.3
    59 方柱 200×200×1000 1 C20 416 120 0.14 820 1240 51.2 114.3
    60 方柱 200×200×1000 1 C20 416 120 0.22 840 1240 47.6 110.9
    61 方柱 200×200×1000 1 C20 420 120 0.05 960 1360 41.7 125.1
    62 方柱 200×200×1000 1 C20 420 120 0.14 840 1280 52.4 114.2
    63 方柱 200×200×1000 1 C20 420 120 0.22 980 1320 34.7 114.4
    64 Yi Pan Study on stress-strain relation of concrete confined by CFRP underpreload 圆柱 110×200 1 C20 0 0.00 156 156 0.0 100.0
    65 圆柱 110×200 1 C20 0 0.00 156 352 124.9 108.0
    66 圆柱 110×200 1 C20 0 0.22 156 347 122.1 105.7
    67 圆柱 110×200 1 C20 0 0.32 156 342 118.7 103.7
    68 圆柱 110×200 1 C20 0 0.43 156 334 113.7 100.9
    69 圆柱 110×200 1 C20 0 0.52 156 324 107.2 97.4
    70 圆柱 110×200 1 C20 0 0.64 156 313 100.3 93.7
    71 圆柱 110×200 1 C20 0 0.71 156 297 89.6 88.5
    72 圆柱 110×200 1 C20 0 0.00 159 159 0.0 100.0
    73 圆柱 110×200 1 C20 0 0.00 159 521 228.3 104.9
    74 圆柱 110×200 1 C20 0 0.23 159 512 222.7 101.9
    75 圆柱 110×200 1 C20 0 0.31 159 502 216.2 99.3
    76 圆柱 110×200 1 C20 0 0.41 159 488 207.1 95.9
    77 圆柱 110×200 1 C20 0 0.54 159 471 196.3 92.0
    78 圆柱 110×200 1 C20 0 0.61 159 446 180.8 86.7
    79 圆柱 110×200 1 C20 0 0.70 209 417 99.5 80.8
    80 圆柱 110×200 1 C30 0 0.00 209 209 0.0 100.0
    81 圆柱 110×200 1 C30 0 0.00 209 397 90.0 105.1
    82 圆柱 110×200 1 C30 0 0.24 209 392 87.4 102.8
    83 圆柱 110×200 1 C30 0 0.34 209 387 84.8 101.0
    84 圆柱 110×200 1 C30 0 0.44 209 379 81.1 98.6
    85 圆柱 110×200 1 C30 0 0.56 209 370 76.8 96.0
    86 圆柱 110×200 1 C30 0 0.62 209 358 71.3 92.6
    87 圆柱 110×200 1 C30 0 0.72 209 341 63.4 88.1
    88 圆柱 110×200 1 C30 0 0.00 222 222 0.0 100.0
    89 圆柱 110×200 1 C30 0 0.00 222 579 160.8 103.4
    90 圆柱 110×200 1 C30 0 0.23 222 569 156.1 100.4
    91 圆柱 110×200 1 C30 0 0.35 222 558 151.1 98.0
    92 圆柱 110×200 1 C30 0 0.46 222 542 144.1 94.8
    93 圆柱 110×200 1 C30 0 0.54 222 524 135.9 91.2
    94 圆柱 110×200 1 C30 0 0.63 222 501 125.6 86.7
    95 圆柱 110×200 1 C30 0 0.71 222 466 109.6 90.0
    96 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.00 168 168 0.0 100.0
    97 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.00 168 322 92.0 115.9
    98 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.22 168 317 88.9 113.2
    99 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.32 168 313 86.4 111.4
    100 Yi Pan Study on stress-strain relation of concrete confined by CFRP underpreload 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.43 168 295 82.4 104.8
    101 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.52 168 274 63.5 97.1
    102 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.64 168 262 56.1 92.4
    103 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.71 168 250 48.7 86.5
    104 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.00 176 176 0.0 100.0
    105 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.00 176 478 171.7 120.7
    106 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.23 176 472 168.1 117.9
    107 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.31 176 463 162.9 115.1
    108 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.41 176 443 151.7 109.7
    109 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.54 176 408 131.7 100.6
    110 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.61 176 383 117.6 94.0
    111 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.70 176 354 101.1 86.6
    112 周长东
    田腾
    吕西林
    白晓斌
    李慧
    预应力碳纤维条带加固高轴压比混凝土圆柱抗震性能试验研究 圆柱 300×525 1 C40 622,6@150 0.20 145 247 29.0 109.4
    113 圆柱 300×525 1 C40 622,6@150 0.25 145 221 15.5 97.7
    114 圆柱 300×525 1 C35 822,6@150 0.10 145 207 8.1 91.8
    115 圆柱 300×525 1 C35 822,6@150 0.20 145 211 10.1 93.2
    116 圆柱 300×525 1 C35 822,6@150 0.10 145 218 13.9 96.8
    117 圆柱 300×525 1 C35 822,6@150 0.20 145 213 11.3 94.4
    118 曾建宇 预应力钢板箍加固RC柱轴压性能研究 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 240 0.20 1958 2133 8.2 97.4
    119 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 180 0.40 1958 2154 9.3 92.0
    120 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 180 0.40 1958 2270 15.1 99.3
    121 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 180 0.30 1958 2497 26.7 104.2
    122 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 240 0.40 1958 1866 负值 104.6
    123 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 120 0.40 1958 2565 30.1 103.7
    124 郭子雄
    吴毅彬
    曾建宇
    预应力钢板箍加固RC短柱抗剪承载力试验研究 方柱 250×250×600 1 C20 622,6@150 275 261 299 14.6 99.9
    125 方柱 250×250×600 1 C20 622,6@150 275 0.15 261 317 21.5 98.7
    126 方柱 250×250×600 1 C20 622,6@150 275 0.35 261 336 28.7 96.8
    127 方柱 250×250×600 1 C20 622,6@150 275 0.50 261 317 21.5 98.9
    128 郭子雄
    吴毅彬
    曾建宇
    预应力钢板箍加固RC短柱抗剪承载力试验研究 方柱 250×250×600 1 C20 822,6@150 275 0.35 261 376 44.1 98.9
    129 方柱 250×250×600 1 C20 822,6@150 120 0.35 261 397 52.1 104.2
    130 方柱 250×250×600 1 C20 822,6@150 180 0.35 261 385 47.5 111.4
    131 方柱 250×250×600 1 C20 822,6@150 120 0.35 261 358 37.2 91.4
    132 洪艺超 预应力钢板箍加固RC桥墩抗震性能试验
    研究
    圆柱 400×1000 1 C30 1214,
    6@150
    200 0.35 278 273 −1.6 92.7
    133 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
    6@150
    200 0.35 278 248 −10.8 101.3
    134 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
    6@150
    200 0.35 2783 307 10.6 108.3
    135 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
    6@150
    200 0.15 278 305 9.7 100.1
    136 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
    6@150
    200 0.53 278 297 7.2 105.8
    137 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
    6@150
    160 0.35 278 292 5.0 102.3
    138 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
    6@150
    300 0.35 278 300 8.0 109.7
    139 李少语 预应力钢带加固混凝土柱受压性能试验
    研究
    方柱 150×150×550 1 C35 100 0.06 423 627 48.2 92.7
    140 方柱 150×150×550 1 C35 100 0.06 423 665 57.2 90.8
    141 方柱 150×150×550 1 C35 75 0.06 423 679 60.5 92.5
    142 方柱 150×150×550 1 C35 75 0.06 423 708 67.4 88.1
    143 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.06 423 695 64.3 87.1
    144 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.06 423 811 91.7 91.9
    145 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.06 423 971 130.0 100.7
    146 郝良金 预应力钢带加固混凝土柱轴压性能试验
    研究
    方柱 200×200×600 1 C30 416,8@100 50 0.05 1224 1594 30.2 93.0
    147 方柱 200×200×601 1 C30 416,8@100 75 0.05 1224 1514 23.7 91.7
    148 方柱 200×200×602 1 C30 416,8@100 100 0.05 1224 1436 17.3 90.1
    149 方柱 200×200×603 1 C30 416,8@100 50 0.05 1224 1850 51.1 101.5
    150 方柱 200×200×604 1 C30 416,8@100 75 0.05 1224 1674 36.7 95.8
    151 方柱 200×200×605 1 C30 416,8@100 100 0.05 1224 1603 30.9 95.5
    152 方柱 200×200×606 1 C30 416,8@100 50 0.05 1224 2018 64.8 104.5
    153 方柱 200×200×607 1 C30 416,8@100 75 0.05 1224 1795 46.6 97.5
    154 方柱 200×200×608 1 C30 416,8@100 100 0.05 1224 1663 35.8 94.6
    155 张雪昭 横向预应力钢带加固混凝土圆柱轴心受压性能试验研究及工程应用 圆柱 200×500 1 C20 150 0.02 654 852 30.2 94.8
    156 圆柱 200×500 1 C20 150 0.02 654 903 37.9 89.4
    157 圆柱 200×500 1 C20 100 0.02 654 868 32.6 87.2
    158 圆柱 200×500 1 C20 100 0.02 654 989 51.1 92.5
    159 圆柱 200×500 1 C20 100 0.02 654 898 37.2 93.1
    160 圆柱 200×500 1 C20 50 0.02 654 1208 84.5 109.4
    161 圆柱 200×500 1 C20 50 0.02 654 1445 120.8 110.5
    162 圆柱 200×500 1 C20 50 0.02 654 2025 209.5 115.1
    163 圆柱 200×500 1 C30 150 0.02 810 946 16.8 91.5
    164 圆柱 200×500 1 C30 150 0.02 810 1188 46.7 109.1
    165 圆柱 200×500 1 C30 100 0.02 810 1049 29.5 92.9
    166 张雪昭 横向预应力钢带加固混凝土圆柱轴心受压性能试验研究及工程应用 圆柱 200×500 1 C30 100 0.02 810 1222 50.9 101.4
    167 圆柱 200×500 1 C30 75 0.02 810 1088 34.4 91.9
    168 圆柱 200×500 1 C30 75 0.02 810 1473 81.9 115.9
    169 圆柱 200×500 1 C30 75 0.02 810 1675 106.9 100.4
    170 圆柱 200×500 1 C30 50 0.02 810 1148 41.8 92.7
    171 圆柱 200×500 1 C30 50 0.02 810 1926 137.9 107.2
    172 圆柱 200×500 1 C30 50 0.02 810 2009 148.2 111.9
    173 赵勇 预应力钢带约束混凝土方柱轴压性能试验研究 方柱 150×150×550 1 C35 100 0.02 423 627 48.2 100.2
    174 方柱 150×150×550 1 C35 100 0.02 423 665 57.2 99.8
    175 方柱 150×150×550 1 C35 75 0.02 423 679 60.5 101.0
    176 方柱 150×150×550 1 C35 75 0.02 423 708 67.4 112.1
    177 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.02 423 695 64.3 110.2
    178 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.02 423 811 91.7 107.0
    179 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.02 423 971 130.0 104.0
    180 方柱 200×200×500 1 C30 150 0.02 1134 1280 13.0 91.8
    181 方柱 200×200×500 1 C30 150 0.02 1134 1557 37.3 111.6
    182 方柱 200×200×500 1 C30 150 0.02 1134 1436 26.6 103.0
    183 方柱 200×200×500 1 C30 100 0.02 1134 1362 20.1 91.2
    184 方柱 200×200×500 1 C30 100 0.02 1134 1612 42.2 108.1
    185 方柱 200×200×500 1 C30 100 0.02 1134 1572 38.6 105.4
    186 方柱 200×200×500 1 C30 50 0.02 1134 1715 51.2 106.9
    187 方柱 200×200×500 1 C30 50 0.02 1134 2198 93.8 111.2
    188 方柱 200×200×500 1 C30 50 0.02 1134 2488 119.4 110.2
    189 夏泽宇 预应力钢带约束素混凝土柱轴压强度试验与计算理论
    研究
    圆柱 400×1000 1 C30 150 0.02 2955 4204 42.3 108.3
    190 圆柱 400×1000 1 C30 150 0.02 2955 4606 55.9 90.1
    191 圆柱 400×1000 1 C30 100 0.02 2955 4356 47.4 113.0
    192 圆柱 400×1000 1 C30 100 0.02 2955 4958 67.8 106.6
    193 圆柱 400×1000 1 C30 75 0.02 2955 3836 29.8 104.7
    194 圆柱 400×1000 1 C30 75 0.02 2955 4122 39.5 112.1
    195 圆柱 400×1000 1 C30 75 0.02 2955 6639 124.7 118.4
    196 圆柱 400×1000 1 C30 50 0.02 2955 5170 75.0 115.5
    197 圆柱 400×1000 1 C30 50 0.02 2955 6850 131.8 96.2
    198 圆柱 400×1000 1 C30 50 0.02 2955 8040 172.1 93.3
    199 圆柱 300×750 1 C30 150 0.02 1618 2752 61.3 99.6
    200 夏泽宇 预应力钢带约束素混凝土柱轴压强度试验与计算理论
    研究
    圆柱 300×750 1 C30 150 0.02 1618 2846 66.8 90.4
    201 圆柱 300×750 1 C30 100 0.02 1618 2755 61.5 94.2
    202 圆柱 300×750 1 C30 100 0.02 1618 2983 74.9 90.1
    203 圆柱 300×750 1 C30 75 0.02 1618 2434 42.7 99.3
    204 圆柱 300×750 1 C30 75 0.02 1618 3447 102.1 111.5
    205 圆柱 300×750 1 C30 75 0.02 1618 4515 164.7 118.7
    206 圆柱 300×750 1 C30 50 0.02 1618 3235 89.6 116.6
    207 圆柱 300×750 1 C30 50 0.02 1618 4017 135.5 107.9
    208 圆柱 300×750 1 C30 50 0.02 1618 5263 208.5 95.8
    209 圆柱 400×1000 1 C20 150 0.02 2756 3903 41.6 89.5
    210 圆柱 400×1000 1 C20 150 0.02 2756 4020 46.7 101.1
    211 圆柱 400×1000 1 C20 100 0.02 2756 4223 53.2 117.2
    212 圆柱 400×1000 1 C20 100 0.02 2756 4680 69.8 112.5
    213 圆柱 400×1000 1 C20 100 0.02 2756 5178 87.8 122.0
    214 圆柱 400×1000 1 C20 50 0.02 2756 4344 57.6 119.7
    215 圆柱 400×1000 1 C20 50 0.02 2756 6221 126.0 121.3
    216 圆柱 400×1000 1 C20 50 0.02 2756 7067 156.0 107.4
    217 圆柱 300×750 1 C20 150 0.02 1706 2362 46.0 115.0
    218 圆柱 300×750 1 C20 150 0.02 1706 2460 52.1 104.3
    219 圆柱 300×750 1 C20 100 0.02 1706 2070 27.9 98.7
    220 圆柱 300×750 1 C20 100 0.02 1706 2802 73.2 101.6
    221 圆柱 300×750 1 C20 100 0.02 1706 3706 129.1 106.5
    222 圆柱 300×750 1 C20 50 0.02 1706 2753 70.1 123.2
    223 圆柱 300×750 1 C20 50 0.02 1706 4229 161.4 113.1
    224 圆柱 300×750 1 C20 50 0.02 1706 5251 224.5 117.7
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-08
  • 修回日期:  2020-05-06
  • 网络出版日期:  2020-11-06
  • 刊出日期:  2020-11-25

预应力钢箍加固混凝土圆形短柱轴压性能研究

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
    基金项目:  北京市科技计划课题项目(Z181100009218001)
    作者简介:

    杨 丽(1995−),男(回族),河北人,硕士生,主要从事混凝土结构基本理论和加固技术研究与应用(E-mail: hgyangsen@163.com)

    徐福泉(1973−),男,辽宁人,研究员,博士,主要从事建筑结构与加固改造(E-mail: xufuquan@cabrtech.com)

    通讯作者: 谢 剑(1974−),男,河北人,教授,博士,博导,主要从事混凝土结构基本理论和加固技术研究与应用(E-mail: xiejian@tju.edu.cn)
  • 中图分类号: TU318

摘要: 对33个预应力钢箍加固混凝土圆形短柱(PSHC)及9个对比柱进行轴压性能试验,研究配箍率(包括钢箍间距、混凝土柱直径)、预应力比、初始轴压比等因素对PSHC承载能力和变形能力的影响。结果表明:PSHC的承载能力和变形能力相比于对比柱,可分别提高107%和540%。加固效果会随着钢箍配箍率的增加而变好;预应力比逐渐增加时PSHC承载能力逐渐增加,峰值应变逐渐降低;初始轴压比的大小不会对加固效果产生明显影响,预应力钢箍加固混凝土柱技术可以作为一种不卸荷的加固方式。此外,提出PSHC承载力计算方法,用该文试验和其他学者试验数据进行验证,计算结果与试验结果吻合良好。

English Abstract

谢剑, 杨丽, 徐福泉. 预应力钢箍加固混凝土圆形短柱轴压性能研究[J]. 工程力学, 2020, 37(11): 195-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
引用本文: 谢剑, 杨丽, 徐福泉. 预应力钢箍加固混凝土圆形短柱轴压性能研究[J]. 工程力学, 2020, 37(11): 195-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
Jian XIE, Li YANG, Fu-quan XU. STUDY ON AXIAL COMPRESSION PERFORMANCE OF CONCRETE STUB COLUMN STRENGTHENED BY PRESTRESSED STEEL HOOP[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(11): 195-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
Citation: Jian XIE, Li YANG, Fu-quan XU. STUDY ON AXIAL COMPRESSION PERFORMANCE OF CONCRETE STUB COLUMN STRENGTHENED BY PRESTRESSED STEEL HOOP[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(11): 195-208. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2020.01.0020
  • 多年来由于设计标准提升、自然环境侵蚀、偶然冲击荷载等因素,使得部分混凝土柱抗震性能存在重大的安全隐患,亟需进行加固改造[1-3]。目前,国内外大多利用约束混凝土原理来进行混凝土柱加固,提出了钢管约束混凝土、FRP约束混凝土、高强螺旋箍筋约束混凝土等形式[4-9],均能在一定程度上提高结构的抗震性能。但上述加固形式均为被动约束,存在加固材料与结构变形不协调、应力滞后、加固效率较低等问题。为了缓解上述问题,提高加固效果,各国学者将主动约束应用在混凝土柱加固中,先后提出了预应力钢板箍、预应力FRP、预应力钢绞线、预应力钢带、预应力形状记忆合金等混凝土柱加固法[10-14],这些加固方式能够显著提高混凝土柱的承载能力和变形能力,增加材料利用率,减少应力滞后现象。在此基础上,文献[15]将不锈钢管道连接箍(简称钢箍)拓展到工程加固领域,提出了预应力钢箍加固混凝土柱技术。与其他主动约束所用材料相比,钢箍具有尺寸多样、预应力施加方便,能够快速地对结构实施加固的优点;且钢箍通过机械施加预应力,过程可逆,绿色环保,对有历史研究价值的建筑保护意义重大[16]。钢箍为不锈钢合金材料,耐久性能优良。上述优点使其在加固领域中的应用前景可观。

    本文对该新型加固方法的加固效果进行试验研究和理论分析,重点研究钢箍间距、混凝土直径、预应力比、初始轴压比等因素对PSHC加固效果的影响。提出适用性良好的承载力计算公式,以本文和相关文献试验结果进行验证,并对加固方案的设计提出了建议。

    • 本次试验共制作42个短柱试件。Z0/Z7/Z9组为对比试件,其他11组为试验试件。主要研究配箍率(包括钢箍间距、截面尺寸)、预应力比(定义为初始预应变与材料屈服应变之比)和初始轴压比等参数对加固效果的影响,各组试件详细设计参数见表1。为更好地模拟老旧混凝土结构,采用设计强度等级为C20的素混凝土柱,其模具以PVC管为侧边,底部配合木模板组成。在浇筑混凝土柱的同时预留6个边长为150 mm的立方体试块,将其与混凝土柱在同一条件下自然养护。混凝土立方体试块抗压强度平均值为21.7 MPa。通过万能拉伸试验机对钢箍的整体拉伸性能进行测试,实测拉伸性能如图1表2所示。

      表 1  试件详细设计参数

      Table 1.  Details of the specimen

      试件编号截面尺寸D×H/mm混凝土强度钢箍间距/mm钢箍配箍率/(%)预应力比轴压比n钢箍尺寸W×${t_{\rm{s}}}$/mm备注
      Z0-1/2/3190×500C200.0026×0.9对比试件
      Z1-1/2/3190×500C20500.980.000.0026×0.9试验试件
      Z2-1/2/3190×500C20500.980.150.0026×0.9试验试件
      Z3-1/2/3190×500C20900.550.150.0026×0.9试验试件
      Z4-1/2/3190×500C201500.330.150.0026×0.9试验试件
      Z5-1/2/3190×500C20500.980.300.0026×0.9试验试件
      Z6-1/2/3190×500C20500.980.400.0026×0.9试验试件
      Z7-1/2/3150×500C200.0026×0.9对比试件
      Z8-1/2/3150×500C20900.690.150.0026×0.9试验试件
      Z9-1/2/3250×500C200.0026×0.9对比试件
      Z10-1/2/3250×500C20900.420.150.0026×0.9试验试件
      Z11-1/2/3190×500C20900.550.150.2026×0.9试验试件
      Z12-1/2/3190×500C20900.550.150.3526×0.9试验试件
      Z13-1/2/3190×500C20900.550.150.5026×0.9试验试件
      注:ZA-1/2/3中,Z为轴压柱,A为试件组数编号,1/2/3为3个平行试件;DH分别为混凝土柱的直径和高度,单位均为mm;W、${t_{\rm{s}}}$分别为钢箍的宽度和厚度,单位均为mm;钢箍配箍率为钢箍体积与混凝土柱体积之比;轴压比计算公式[17]n=N/(fcA)。

      图  1  钢箍拉伸应力-应变曲线

      Figure 1.  Tension stress-strain curve of steel hoop

      表 2  钢箍拉伸试验结果

      Table 2.  Tensile test results of steel hoop

      名义屈服强度/
      MPa
      抗拉强度/
      MPa
      名义屈服应变/
      με
      极限应变/
      με
      弹性模量/
      MPa
      534710503528462207600
      注:钢箍拉伸曲线无明显的屈服平台,因此将产生0.2%塑性变形时的应力作为名义屈服强度,对应应变为名义屈服应变。
    • 试验所用钢箍及施加预应力的扭力扳手如图2所示。预应力施加过程分为两种:1)无轴压比试件:对混凝土柱上的钢箍施加预应力,之后放置在加载台进行轴压性能试验,如图3所示。2)有轴压比试件:把钢箍套入加载台的混凝土柱上但不施加预应力;在混凝土柱达到预定轴压力之后对钢箍施加相应的预应力,如图4所示。

      图  2  钢箍及扭力扳手

      Figure 2.  Steel hoop and torque wrench

      图  3  无轴压比试件加固过程

      Figure 3.  Strengthening process of specimens without axial compression

      图  4  有轴压比试件加固过程

      Figure 4.  Strengthening process of specimens with axial compression

    • 试验在天津大学结构实验室300T电液伺服压力试验机上进行,加载测量装置如图5所示。轴向应变通过测量试验机顶板位移(1号~2号百分表)、自制蝶式引伸计(3号~4号百分表及周围框架组成)及粘贴应变片(四个竖向应变片沿环向均匀布置) 3种方式得到;环向应变通过在钢箍表面粘贴4个应变片取平均值得到。在正式试验开始前,将高强石膏涂抹在已打磨过的柱端,并施以一定压力至高强石膏硬化,以保证试件为全截面均匀受压。之后对柱进行预加载,荷载大小为该试件极限承载力计算值的10%。在确定各仪器设备运行正常之后,开始正式试验。Z0组~Z13组试件正式加载时采用单调位移加载,速率为0.5 mm/min,荷载降至最大荷载值的70%时结束试验。此外,Z11组~Z13组试件在施加初始轴压力时采用力控制加载,速率为5 kN/s。

      图  5  测量装置

      Figure 5.  Test setup for specimens

    • Z0/Z7/Z9组对比试件,在加载初期没有明显现象,加载到峰值荷载的65%~70%时,柱两端附近出现细微竖向裂缝;随着荷载进一步增加,中部出现多条细微裂缝并不断向两端延伸,裂缝宽度逐渐扩展,同时伴随有混凝土碎屑的掉落;达到峰值荷载时,试件裂缝发展充分,混凝土部分剥落,荷载迅速下降。从整体来看,素混凝土柱延性较差,破坏无明显预兆,结果如图6(a)所示。

      图  6  试件破坏模式

      Figure 6.  Failure modes of specimens

    • Z4/Z8/Z10组试件配箍率较小(<0.55%)且预应力比较小(<0.3),在加载初期无明显现象;钢箍和混凝土柱之间有初始预应力,二者紧密贴合,但钢箍的约束作用在前期由于柱变形小而不明显。在达到加固柱峰值荷载前,钢箍之间的混凝土表面有细密均匀的裂缝产生且有起皮和混凝土碎屑掉落的现象。达到加固柱的峰值荷载之后,荷载缓慢下降,位移持续发展,试件有明显的膨胀,混凝土表面剥落明显。但由于钢箍配箍率和预应力比较小,试验过程中未达到钢箍极限拉应变。因此在加载后期不会出现钢箍断裂的情况,但与对比柱相比混凝土破坏更加充分,且有明显的膨胀,呈现出良好的延性破坏形式,破坏结果如图6(b)所示。

      Z2/Z3/Z5/Z6/Z11/Z12/Z13组试件配箍率较大(≥0.55%)或预应力比较大(≥0.3),在加载初期和中期与上述过程类似;但在加载后期,由于配箍率或预应力比较大,加载过程中钢箍能达到极限拉应变,中部钢箍率先被拉断,且断裂向两侧发展,荷载断崖式掉落。从整体来看,试件延性较好,混凝土破坏充分,破坏结果如图6(c)所示。

      而对于Z1组无初始预应力加固试件(被动约束组),在加载初期混凝土柱无明显现象;荷载继续增加,但由于混凝土核心柱变形较小,且二者之间可能存在肉眼不易见缝隙,钢箍约束作用未被激活;第一次达到混凝土柱的峰值荷载后,核心柱横向变形增大,钢箍和柱充分接触,钢箍的约束作用开始发挥,但由于初始约束作用较小使荷载呈现下降趋势;直到横向约束作用大于核心柱承载力损失值,荷载表现为上升趋势。之后试验现象与Z2组类似,结果同样呈现出延性破坏形式。

    • 表3中给出了各试件的峰值应力和峰值应变,图7给出了试件的应力-轴向应变曲线及各参数对峰值应力和峰值应变的影响趋势。经分析能够得到如下结论:

      表 3  各试件的峰值应力和峰值应变

      Table 3.  Peak stress and peak strain of test and predicted equation

      试件编号峰值应力试验值/MPa峰值应力增幅/(%)峰值应力计算值/MPa计算值/试验值峰值应变试验值/με峰值应变增幅/(%)
      Z0-1/2/314.51800
      Z1-1/2/323.05924.51.0717336860
      Z2-1/2/326.07925.70.9911555540
      Z3-1/2/321.14623.01.095000178
      Z4-1/2/319.23218.60.97338590
      Z5-1/2/329.110128.10.978390370
      Z6-1/2/330.010729.10.977590320
      Z7-1/2/315.81934
      Z8-1/2/324.15325.01.037018263
      Z9-1/2/315.81500
      Z10-1/2/321.23422.51.064002167
      Z11-1/2/322.64324.41.085245191
      Z12-1/2/322.54224.41.085267193
      Z13-1/2/323.34724.41.055039180
      平均值1.03
      标准差0.05

      图  7  不同参数作用对应力-应变曲线及峰值应力和应变的影响

      Figure 7.  Effect of different parameters for stress-strain curves

      1)加固试件的峰值应力和峰值应变与未加固试件相比都有了极大的提升,加固效果显著。在本次试验条件下,PSHC试件峰值应力的提高幅度为32%~107%,峰值应变的提高幅度为90%~540%,承载能力和变形性能提升明显。

      2)在其他试验条件相同的情况下,PSHC试件承载能力和变形能力会随着钢箍配箍率的增加而显著提升,如图7(a)所示。当配箍率分别为0.33%、0.42%、0.55%、0.69%、0.98%时,峰值应力提升幅度分别为32%、34%、46%、53%和79%,峰值应变提升幅度分别为90%、167%、178%、263%、540%。这是由于配箍率的增加导致混凝土三向约束作用增强,承载能力和变形能力都有增加。

      3)从图7(b)中Z1组与Z2组曲线对比可知,主动约束减少了被动约束的应力滞后现象,钢箍能更早的发挥作用。在约束混凝土柱试件中,钢箍预应力比从0增加到0.40时,承载能力会逐渐提高;而变形能力会随着预应力比增加逐渐变差,但对于预应力比为0.40的试件来说,峰值应变仍有320%的增幅。变形能力逐渐减小是由于钢箍预应力比增加,混凝土横向变形受到的约束也就越大,泊松效应的存在使得峰值应变反而减小,表现出变形能力减小的结果。

      4)在本试验条件下,轴压比为0、0.20、0.35和0.50时,各试件峰值应力和峰值应变差异不大,即加固效果相同,轴压比对加固效果没有明显影响。这是由于轴压比作用下的PSHC强度计算可以分为两个部分:一部分是无约束混凝土在初始轴压比下的强度${\sigma _1}$;另一部分可以看作是预应力钢箍约束剩余混凝土柱强度${\sigma _2}$。当不考虑混凝土柱一次受力损伤时,从文献[18]中可知一次受力混凝土柱加固之后进行二次受力的强度与无初始轴压比混凝土加固柱强度相同。当考虑承受荷载之后柱的损伤时[18],二次受力下PSHC与无初始轴压比下PSHC试件承载力大小关系分析如下:

      1)前者不比后者低。从图7(c)中局部放大图可以看出,在0.75${f_{\rm{c}}}$之前,素混凝土柱的应力-应变曲线与无初始轴压比的曲线是重合的,可以说明预应力钢箍提供足够的侧向约束力作用充分显现是在0.75${f_{\rm{c}}}$之后。本次试验中初始轴压比为0.2/0.35/0.5均小于0.75,可以说明预应力钢箍的加固效果不会受到太大影响,即前者不会比后者低。

      2)前者不会比后者高。二次受力下预应力钢箍约束混凝土柱是在混凝土柱产生一定的环向变形后才开始发挥作用。而无初始轴压比的试件中预应力钢箍的约束作用开始较小但是一直存在,即前者不会比后者高。

      综上可以认为,在本试验条件下,有无初始轴压比对试件的承载力及变形几乎没有影响。此结果表明该加固形式可以作为一种不卸荷的加固方式。

    • 11组PSHC试件与相应未加固柱的应力-钢箍环向应变曲线如图8所示。曲线大致分为3个阶段:缓慢发展阶段、快速发展阶段以及平稳发展阶段。在第一阶段中,钢箍有微小变形,横向约束作用较弱,可以解释前期各组试件应力-轴向应变区别不大的现象;在第二阶段中,钢箍的约束作用充分发挥,环向应变发展速度加快,应力-环向应变关系呈非线性增长,同时应力也逐渐达到峰值应力,可以解释应力-轴向应变曲线中稳健上升段;在峰值荷载过后,即第三个阶段,环向变形平稳发展,提供持续环向约束力,使得应力-轴向应变曲线下降缓慢,延性较好。需要说明的是,应力-环向应变曲线中会存在突降段,这是由于钢箍部分被拉断,荷载突降所致。

      图  8  应力-钢箍环向应变曲线汇总

      Figure 8.  Stress-hoop strain curves of specimens

    • PSHC试件采用主动约束混凝土的机理,通过对混凝土施加横向约束作用,限制其横向变形,使核心混凝土处于三向受压状态,从而提高混凝土柱的强度和变形能力[10-15]。由于钢箍之间存在间距,这就使得沿柱身的约束并不均匀,根据“拱作用”原理[10-15],两条钢箍最中间的位置是试件最薄弱的位置。因此,将这部分横截面面积作为有效约束面积,如图9所示。本文以影响系数β[10-15],来反映钢箍间距和混凝土直径对约束效果的影响:

      $$\beta {\rm{ = }}{\left( {{\rm{1 - }}\frac{{{S_{\rm{f}}}}}{{2D}}} \right)^2}$$ (1)

      式中:$\beta $为影响系数;${S_{\rm{f}}}$/mm为钢箍之间净间距;$D$/mm为混凝土柱直径。

      图  9  有效约束示意图

      Figure 9.  Effective constraint

    • 将本试验数据代入各峰值应力模型[11, 19-23]进行计算,结果如表4所示。根据各模型计算结果的标准差、平均值、通用性、简便性等多个因素来选取合适的基础模型。经过综合比选,最终选择文献[19]中Richart模型作为峰值应力计算的基本形式。对基本公式加以考虑预应力比及配箍率的影响,拟合公式如下所示:

      表 4  各模型比选结果

      Table 4.  Comparison results of six models

      试件编号文献[11]与
      试验值之比
      文献[19]与
      试验值之比
      文献[20]与
      试验值之比
      文献[21]与
      试验值之比
      文献[22]与
      试验值之比
      文献[23]与
      试验值之比
      Z0-1/2/30.910.910.910.910.911.10
      Z1-1/2/30.870.961.531.070.801.18
      Z2-1/2/30.820.851.350.940.711.05
      Z3-1/2/30.971.041.661.160.831.01
      Z4-1/2/31.001.151.831.280.861.02
      Z5-1/2/30.780.761.210.840.630.93
      Z6-1/2/30.780.731.170.820.610.91
      Z7-1/2/31.461.592.541.791.361.21
      Z8-1/2/30.941.001.591.130.801.23
      Z9-1/2/31.321.382.161.511.221.20
      Z10-1/2/30.950.961.511.060.831.19
      Z11-1/2/30.940.971.551.090.821.20
      Z12-1/2/30.950.981.561.090.821.21
      Z13-1/2/30.920.941.501.050.791.17
      平均值0.971.021.581.120.861.11
      标准差0.190.230.410.260.200.11
      是否简单
      是否通用
      $$\frac{{{f_{{\rm{cc}}}}}}{{{f_{\rm{c}}}}} = 1 + 2\frac{{{f_{{\rm{el}}}} + f_{{\rm{is}}}'}}{{{f_{\rm{c}}}}}$$ (2)

      式中:${f_{{\rm{cc}}}}$/MPa为加固后混凝土强度;${f_{\rm{c}}}$/MPa为素混凝土柱强度测量平均值;${f_{{\rm{el}}}}$/MPa为钢箍有效约束应力,${f_{{\rm{el}}}}{\rm{ = }}\beta \dfrac{{2{t_{\rm{s}}}{f_{\rm{s}}}}}{D}$${t_{\rm{s}}}$为钢箍厚度;钢箍应力${f_{\rm{s}}}$根据峰值应力对应的环向应变从钢箍拉应力-应变曲线进行取值;$f_{{\rm{is}}}'$/MPa为预应力钢箍初始有效约束应力,$f_{{\rm{is}}}' = \beta \dfrac{{2{E_{\rm{s}}}{\varepsilon _{{\rm{is}}}}{T_{\rm{s}}}}}{D}$${T_{\rm{s}}}$为钢箍的等效厚度,${T_{\rm s}}{\rm{ = }}\dfrac{{{t_{\rm s}}{\omega _{\rm s}}}}{S}$${\omega _{\rm{s}}}$${E_{\rm{s}}}$分别为钢箍宽度和弹性模量。各组试件的峰值应力计算值与试验值对比如表4所示,可以发现计算值与试验值之间的误差都在10%以下,标准差仅为4%,可见计算模型的计算精度较高,对于其他参数下峰值应力的计算有一定的借鉴作用。PSHC的轴心受压承载力由两部分组成:未约束混凝土柱承担的荷载${N_{{\rm{c}}0}}$及约束混凝土强度提高承受的荷载${N_{{\rm{cc}}}}$。由计算所得PSHC峰值应力及有效约束面积可以推出PSHC的承载力计算公式:

      $${N_{\rm{u}}}{\rm{ = }}{N_{{\rm{c}}0}}{\rm{ + }}{N_{{\rm{cc}}}}\;\;\;\;$$ (3)

      未约束混凝土柱承担的荷载${N_{{\rm{c}}0}}$表示为:

      $${N_{{\rm{c}}0}}{\rm{ = }}{f_{\rm{c}}}{A_{\rm{c}}}\;\;\qquad$$ (4)

      式中,${A_{\rm{c}}}$为混凝土柱全截面面积。

      有效约束混凝土强度提高的荷载${N_{{\rm{cc}}}}$表示为:

      $$ {N_{{\rm{cc}}}}{\rm{ = }}({f_{{\rm{cc}}}}{\rm{ - }}{f_{\rm{c}}}){A_{\rm{c}}'} $$ (5)

      由文献[10-15]可知约束截面有效约束面积${A_{\rm{c}}'}$为:

      $${A_{\rm{c}}'}{\rm{ = }}\beta {A_{\rm{c}}}\;\;\;\;\qquad$$ (6)
    • 为验证上文推导主动约束混凝土强度计算模型的适用性和实用性,作者收集截止写作之日时所有预应力钢带/FRP/钢板箍约束混凝土柱的试验结果对所得模型进行验证(数据详见附录中的附表5),试验值与计算值对比如图10所示。从结果可以看出,试验值与计算值之比平均值为0.99,标准差为8.1%;95%的试验数据试验值与计算值误差都在±15%范围内,99%的试验数据试验值与计算值误差都在±20%范围内。结果表明计算模型能够较好的拟合主动约束混凝土柱的强度,可证明计算模型的可靠性与适用性。

      表 5  主动约束混凝土柱数据

      编号作者文献名称柱子
      形状
      柱子尺寸/mm柱子
      数量
      混凝土
      强度
      配筋情况中心间距/
      mm
      预应力
      水平
      原承载力/
      kN
      加固后
      承载力/kN
      试验提升幅度/(%)试验/计算/
      (%)
      1 厉春龙 环向预应力FRP加固混凝土圆柱的主动约束机理研究 圆柱 300×900 1 C40 60 0.00 223 318 42.4 112.1
      2 圆柱 300×900 1 C40 60 0.10 223 304 36.0 104.9
      3 圆柱 300×900 1 C40 60 0.15 223 302 35.1 103.2
      4 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 223 356 59.7 120.8
      5 圆柱 300×900 1 C40 60 0.25 223 297 33.3 99.7
      6 圆柱 300×900 1 C20 60 0.20 149 206 37.8 97.4
      7 圆柱 300×900 1 C30 60 0.20 132 215 62.4 110.6
      8 圆柱 250×750 1 C40 60 0.20 223
      9 圆柱 200×600 1 C40 60 0.20 223
      10 圆柱 150×400 1 C40 60 0.20 223
      11 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 223 301 34.9 106.6
      12 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 223 336 50.5 106.6
      13 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 223 332 48.8 106.6
      14 白晓斌 环向预应力FRP加固混凝土圆柱轴心受压性能研究 圆柱 300×900 1 C40 60 0.00 2231 2758 24.0 100.0
      15 圆柱 300×900 1 C40 60 0.00 2231 3177 42.0 101.4
      16 圆柱 300×900 1 C40 60 0.10 2231 2973 33.0 116.5
      17 圆柱 300×900 1 C40 60 0.15 2231 3015 35.0 107.4
      18 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3627 63.0 108.0
      19 圆柱 300×900 1 C40 60 0.25 2231 2966 33.0 128.9
      20 圆柱 300×900 1 C20 60 0.20 1325 2159 63.0 104.5
      21 圆柱 300×900 1 C30 60 0.20 1494 2411 61.0 100.0
      22 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3223 44.0 113.1
      23 圆柱 250×750 1 C40 60 0.20 2231 2266 51.0 100.0
      24 圆柱 200×600 1 C40 60 0.20 2231 1425 49.0 85.7
      25 圆柱 150×400 1 C40 60 0.20 2231 943 75.0 124.2
      26 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3112 39.0 115.1
      27 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3480 56.0 108.4
      28 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3434 54.0 120.7
      29 圆柱 300×900 1 C40 60 0.20 2231 3371 51.0 110.6
      30 圆柱 300×900 1 C30 60 0.20 2231 1689 13.0 123.7
      31 圆柱 300×900 1 C40 8@200 60 0.20 3241 3479 7.0 122.0
      32 圆柱 300×900 1 C40 8@120 60 0.20 3241 4095 26.0 119.8
      33 圆柱 300×900 1 C40 12@200 60 0.20 3361 4265 27.0 88.5
      34 卢春玲 预应力碳纤维复材布加固钢筋混凝土方柱轴压性能分析 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 100 0.00 1760 1951 10.8 100.0
      35 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 100 0.10 1760 2114 20.1 85.6
      36 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 100 0.20 1760 2301 30.7 91.3
      37 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 100 0.30 1760 2840 61.4 97.7
      38 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 0 0.00 1760 2225 26.4 91.2
      39 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 0 0.10 1760 2237 27.1 89.7
      40 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 0 0.20 1760 2419 37.4 94.5
      41 方柱 300×300×1500 1 C30 416,8@150 0 0.30 1760 2920 65.9 111.1
      42 董磊 FRP约束混凝土轴心受压性能的试验研究和理论分析 方柱 150×150×450 1 C20 0 0.00 510 719 41.0 109.9
      43 方柱 150×150×450 1 C20 50 0.00 510 576 13.0 85.9
      44 方柱 150×150×450 1 C20 25 0.00 510 587 15.1 94.5
      45 方柱 150×150×450 1 C30 0 0.00 473 789 66.6 88.1
      46 方柱 150×150×450 1 C30 50 0.00 473 597 26.1 99.9
      47 方柱 150×150×450 1 C30 25 0.00 473 618 30.6 94.1
      48 方柱 150×150×450 1 C40 50 0.00 473 684 101.5
      49 方柱 150×150×450 1 C40 410,6@200 25 0.00 473 700 90.9
      50 方柱 150×150×450 1 C30 410,6@200 0 0.00 520 914 76.5 105.2
      51 方柱 150×150×450 1 C30 410,6@200 50 0.00 520 668 28.9 102.7
      52 方柱 150×150×450 1 C30 410,6@200 25 0.00 520 687 32.8 96.8
      53 方柱 150×150×600 1 C30 50 0.00 520 603 95.3
      54 方柱 200×200×450 1 C30 25 0.00 924 1012 98.2
      55 程东辉 预应力碳纤维布加固混凝土方柱截面短柱轴心受压试验 方柱 200×200×1000 1 C20 412 120 0.05 720 1080 50.0 106.8
      56 方柱 200×200×1000 1 C20 412 120 0.14 700 1060 51.4 101.5
      57 方柱 200×200×1000 1 C20 412 120 0.22 740 1120 51.4 103.9
      58 方柱 200×200×1000 1 C20 416 120 0.05 840 1160 38.1 110.3
      59 方柱 200×200×1000 1 C20 416 120 0.14 820 1240 51.2 114.3
      60 方柱 200×200×1000 1 C20 416 120 0.22 840 1240 47.6 110.9
      61 方柱 200×200×1000 1 C20 420 120 0.05 960 1360 41.7 125.1
      62 方柱 200×200×1000 1 C20 420 120 0.14 840 1280 52.4 114.2
      63 方柱 200×200×1000 1 C20 420 120 0.22 980 1320 34.7 114.4
      64 Yi Pan Study on stress-strain relation of concrete confined by CFRP underpreload 圆柱 110×200 1 C20 0 0.00 156 156 0.0 100.0
      65 圆柱 110×200 1 C20 0 0.00 156 352 124.9 108.0
      66 圆柱 110×200 1 C20 0 0.22 156 347 122.1 105.7
      67 圆柱 110×200 1 C20 0 0.32 156 342 118.7 103.7
      68 圆柱 110×200 1 C20 0 0.43 156 334 113.7 100.9
      69 圆柱 110×200 1 C20 0 0.52 156 324 107.2 97.4
      70 圆柱 110×200 1 C20 0 0.64 156 313 100.3 93.7
      71 圆柱 110×200 1 C20 0 0.71 156 297 89.6 88.5
      72 圆柱 110×200 1 C20 0 0.00 159 159 0.0 100.0
      73 圆柱 110×200 1 C20 0 0.00 159 521 228.3 104.9
      74 圆柱 110×200 1 C20 0 0.23 159 512 222.7 101.9
      75 圆柱 110×200 1 C20 0 0.31 159 502 216.2 99.3
      76 圆柱 110×200 1 C20 0 0.41 159 488 207.1 95.9
      77 圆柱 110×200 1 C20 0 0.54 159 471 196.3 92.0
      78 圆柱 110×200 1 C20 0 0.61 159 446 180.8 86.7
      79 圆柱 110×200 1 C20 0 0.70 209 417 99.5 80.8
      80 圆柱 110×200 1 C30 0 0.00 209 209 0.0 100.0
      81 圆柱 110×200 1 C30 0 0.00 209 397 90.0 105.1
      82 圆柱 110×200 1 C30 0 0.24 209 392 87.4 102.8
      83 圆柱 110×200 1 C30 0 0.34 209 387 84.8 101.0
      84 圆柱 110×200 1 C30 0 0.44 209 379 81.1 98.6
      85 圆柱 110×200 1 C30 0 0.56 209 370 76.8 96.0
      86 圆柱 110×200 1 C30 0 0.62 209 358 71.3 92.6
      87 圆柱 110×200 1 C30 0 0.72 209 341 63.4 88.1
      88 圆柱 110×200 1 C30 0 0.00 222 222 0.0 100.0
      89 圆柱 110×200 1 C30 0 0.00 222 579 160.8 103.4
      90 圆柱 110×200 1 C30 0 0.23 222 569 156.1 100.4
      91 圆柱 110×200 1 C30 0 0.35 222 558 151.1 98.0
      92 圆柱 110×200 1 C30 0 0.46 222 542 144.1 94.8
      93 圆柱 110×200 1 C30 0 0.54 222 524 135.9 91.2
      94 圆柱 110×200 1 C30 0 0.63 222 501 125.6 86.7
      95 圆柱 110×200 1 C30 0 0.71 222 466 109.6 90.0
      96 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.00 168 168 0.0 100.0
      97 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.00 168 322 92.0 115.9
      98 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.22 168 317 88.9 113.2
      99 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.32 168 313 86.4 111.4
      100 Yi Pan Study on stress-strain relation of concrete confined by CFRP underpreload 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.43 168 295 82.4 104.8
      101 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.52 168 274 63.5 97.1
      102 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.64 168 262 56.1 92.4
      103 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.71 168 250 48.7 86.5
      104 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.00 176 176 0.0 100.0
      105 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.00 176 478 171.7 120.7
      106 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.23 176 472 168.1 117.9
      107 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.31 176 463 162.9 115.1
      108 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.41 176 443 151.7 109.7
      109 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.54 176 408 131.7 100.6
      110 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.61 176 383 117.6 94.0
      111 方柱 100×100×200 1 C20 0 0.70 176 354 101.1 86.6
      112 周长东
      田腾
      吕西林
      白晓斌
      李慧
      预应力碳纤维条带加固高轴压比混凝土圆柱抗震性能试验研究 圆柱 300×525 1 C40 622,6@150 0.20 145 247 29.0 109.4
      113 圆柱 300×525 1 C40 622,6@150 0.25 145 221 15.5 97.7
      114 圆柱 300×525 1 C35 822,6@150 0.10 145 207 8.1 91.8
      115 圆柱 300×525 1 C35 822,6@150 0.20 145 211 10.1 93.2
      116 圆柱 300×525 1 C35 822,6@150 0.10 145 218 13.9 96.8
      117 圆柱 300×525 1 C35 822,6@150 0.20 145 213 11.3 94.4
      118 曾建宇 预应力钢板箍加固RC柱轴压性能研究 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 240 0.20 1958 2133 8.2 97.4
      119 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 180 0.40 1958 2154 9.3 92.0
      120 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 180 0.40 1958 2270 15.1 99.3
      121 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 180 0.30 1958 2497 26.7 104.2
      122 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 240 0.40 1958 1866 负值 104.6
      123 方柱 300×300×900 1 C20 414,6@150 120 0.40 1958 2565 30.1 103.7
      124 郭子雄
      吴毅彬
      曾建宇
      预应力钢板箍加固RC短柱抗剪承载力试验研究 方柱 250×250×600 1 C20 622,6@150 275 261 299 14.6 99.9
      125 方柱 250×250×600 1 C20 622,6@150 275 0.15 261 317 21.5 98.7
      126 方柱 250×250×600 1 C20 622,6@150 275 0.35 261 336 28.7 96.8
      127 方柱 250×250×600 1 C20 622,6@150 275 0.50 261 317 21.5 98.9
      128 郭子雄
      吴毅彬
      曾建宇
      预应力钢板箍加固RC短柱抗剪承载力试验研究 方柱 250×250×600 1 C20 822,6@150 275 0.35 261 376 44.1 98.9
      129 方柱 250×250×600 1 C20 822,6@150 120 0.35 261 397 52.1 104.2
      130 方柱 250×250×600 1 C20 822,6@150 180 0.35 261 385 47.5 111.4
      131 方柱 250×250×600 1 C20 822,6@150 120 0.35 261 358 37.2 91.4
      132 洪艺超 预应力钢板箍加固RC桥墩抗震性能试验
      研究
      圆柱 400×1000 1 C30 1214,
      6@150
      200 0.35 278 273 −1.6 92.7
      133 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
      6@150
      200 0.35 278 248 −10.8 101.3
      134 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
      6@150
      200 0.35 2783 307 10.6 108.3
      135 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
      6@150
      200 0.15 278 305 9.7 100.1
      136 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
      6@150
      200 0.53 278 297 7.2 105.8
      137 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
      6@150
      160 0.35 278 292 5.0 102.3
      138 圆柱 400×1000 1 C30 1214,
      6@150
      300 0.35 278 300 8.0 109.7
      139 李少语 预应力钢带加固混凝土柱受压性能试验
      研究
      方柱 150×150×550 1 C35 100 0.06 423 627 48.2 92.7
      140 方柱 150×150×550 1 C35 100 0.06 423 665 57.2 90.8
      141 方柱 150×150×550 1 C35 75 0.06 423 679 60.5 92.5
      142 方柱 150×150×550 1 C35 75 0.06 423 708 67.4 88.1
      143 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.06 423 695 64.3 87.1
      144 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.06 423 811 91.7 91.9
      145 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.06 423 971 130.0 100.7
      146 郝良金 预应力钢带加固混凝土柱轴压性能试验
      研究
      方柱 200×200×600 1 C30 416,8@100 50 0.05 1224 1594 30.2 93.0
      147 方柱 200×200×601 1 C30 416,8@100 75 0.05 1224 1514 23.7 91.7
      148 方柱 200×200×602 1 C30 416,8@100 100 0.05 1224 1436 17.3 90.1
      149 方柱 200×200×603 1 C30 416,8@100 50 0.05 1224 1850 51.1 101.5
      150 方柱 200×200×604 1 C30 416,8@100 75 0.05 1224 1674 36.7 95.8
      151 方柱 200×200×605 1 C30 416,8@100 100 0.05 1224 1603 30.9 95.5
      152 方柱 200×200×606 1 C30 416,8@100 50 0.05 1224 2018 64.8 104.5
      153 方柱 200×200×607 1 C30 416,8@100 75 0.05 1224 1795 46.6 97.5
      154 方柱 200×200×608 1 C30 416,8@100 100 0.05 1224 1663 35.8 94.6
      155 张雪昭 横向预应力钢带加固混凝土圆柱轴心受压性能试验研究及工程应用 圆柱 200×500 1 C20 150 0.02 654 852 30.2 94.8
      156 圆柱 200×500 1 C20 150 0.02 654 903 37.9 89.4
      157 圆柱 200×500 1 C20 100 0.02 654 868 32.6 87.2
      158 圆柱 200×500 1 C20 100 0.02 654 989 51.1 92.5
      159 圆柱 200×500 1 C20 100 0.02 654 898 37.2 93.1
      160 圆柱 200×500 1 C20 50 0.02 654 1208 84.5 109.4
      161 圆柱 200×500 1 C20 50 0.02 654 1445 120.8 110.5
      162 圆柱 200×500 1 C20 50 0.02 654 2025 209.5 115.1
      163 圆柱 200×500 1 C30 150 0.02 810 946 16.8 91.5
      164 圆柱 200×500 1 C30 150 0.02 810 1188 46.7 109.1
      165 圆柱 200×500 1 C30 100 0.02 810 1049 29.5 92.9
      166 张雪昭 横向预应力钢带加固混凝土圆柱轴心受压性能试验研究及工程应用 圆柱 200×500 1 C30 100 0.02 810 1222 50.9 101.4
      167 圆柱 200×500 1 C30 75 0.02 810 1088 34.4 91.9
      168 圆柱 200×500 1 C30 75 0.02 810 1473 81.9 115.9
      169 圆柱 200×500 1 C30 75 0.02 810 1675 106.9 100.4
      170 圆柱 200×500 1 C30 50 0.02 810 1148 41.8 92.7
      171 圆柱 200×500 1 C30 50 0.02 810 1926 137.9 107.2
      172 圆柱 200×500 1 C30 50 0.02 810 2009 148.2 111.9
      173 赵勇 预应力钢带约束混凝土方柱轴压性能试验研究 方柱 150×150×550 1 C35 100 0.02 423 627 48.2 100.2
      174 方柱 150×150×550 1 C35 100 0.02 423 665 57.2 99.8
      175 方柱 150×150×550 1 C35 75 0.02 423 679 60.5 101.0
      176 方柱 150×150×550 1 C35 75 0.02 423 708 67.4 112.1
      177 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.02 423 695 64.3 110.2
      178 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.02 423 811 91.7 107.0
      179 方柱 150×150×550 1 C35 50 0.02 423 971 130.0 104.0
      180 方柱 200×200×500 1 C30 150 0.02 1134 1280 13.0 91.8
      181 方柱 200×200×500 1 C30 150 0.02 1134 1557 37.3 111.6
      182 方柱 200×200×500 1 C30 150 0.02 1134 1436 26.6 103.0
      183 方柱 200×200×500 1 C30 100 0.02 1134 1362 20.1 91.2
      184 方柱 200×200×500 1 C30 100 0.02 1134 1612 42.2 108.1
      185 方柱 200×200×500 1 C30 100 0.02 1134 1572 38.6 105.4
      186 方柱 200×200×500 1 C30 50 0.02 1134 1715 51.2 106.9
      187 方柱 200×200×500 1 C30 50 0.02 1134 2198 93.8 111.2
      188 方柱 200×200×500 1 C30 50 0.02 1134 2488 119.4 110.2
      189 夏泽宇 预应力钢带约束素混凝土柱轴压强度试验与计算理论
      研究
      圆柱 400×1000 1 C30 150 0.02 2955 4204 42.3 108.3
      190 圆柱 400×1000 1 C30 150 0.02 2955 4606 55.9 90.1
      191 圆柱 400×1000 1 C30 100 0.02 2955 4356 47.4 113.0
      192 圆柱 400×1000 1 C30 100 0.02 2955 4958 67.8 106.6
      193 圆柱 400×1000 1 C30 75 0.02 2955 3836 29.8 104.7
      194 圆柱 400×1000 1 C30 75 0.02 2955 4122 39.5 112.1
      195 圆柱 400×1000 1 C30 75 0.02 2955 6639 124.7 118.4
      196 圆柱 400×1000 1 C30 50 0.02 2955 5170 75.0 115.5
      197 圆柱 400×1000 1 C30 50 0.02 2955 6850 131.8 96.2
      198 圆柱 400×1000 1 C30 50 0.02 2955 8040 172.1 93.3
      199 圆柱 300×750 1 C30 150 0.02 1618 2752 61.3 99.6
      200 夏泽宇 预应力钢带约束素混凝土柱轴压强度试验与计算理论
      研究
      圆柱 300×750 1 C30 150 0.02 1618 2846 66.8 90.4
      201 圆柱 300×750 1 C30 100 0.02 1618 2755 61.5 94.2
      202 圆柱 300×750 1 C30 100 0.02 1618 2983 74.9 90.1
      203 圆柱 300×750 1 C30 75 0.02 1618 2434 42.7 99.3
      204 圆柱 300×750 1 C30 75 0.02 1618 3447 102.1 111.5
      205 圆柱 300×750 1 C30 75 0.02 1618 4515 164.7 118.7
      206 圆柱 300×750 1 C30 50 0.02 1618 3235 89.6 116.6
      207 圆柱 300×750 1 C30 50 0.02 1618 4017 135.5 107.9
      208 圆柱 300×750 1 C30 50 0.02 1618 5263 208.5 95.8
      209 圆柱 400×1000 1 C20 150 0.02 2756 3903 41.6 89.5
      210 圆柱 400×1000 1 C20 150 0.02 2756 4020 46.7 101.1
      211 圆柱 400×1000 1 C20 100 0.02 2756 4223 53.2 117.2
      212 圆柱 400×1000 1 C20 100 0.02 2756 4680 69.8 112.5
      213 圆柱 400×1000 1 C20 100 0.02 2756 5178 87.8 122.0
      214 圆柱 400×1000 1 C20 50 0.02 2756 4344 57.6 119.7
      215 圆柱 400×1000 1 C20 50 0.02 2756 6221 126.0 121.3
      216 圆柱 400×1000 1 C20 50 0.02 2756 7067 156.0 107.4
      217 圆柱 300×750 1 C20 150 0.02 1706 2362 46.0 115.0
      218 圆柱 300×750 1 C20 150 0.02 1706 2460 52.1 104.3
      219 圆柱 300×750 1 C20 100 0.02 1706 2070 27.9 98.7
      220 圆柱 300×750 1 C20 100 0.02 1706 2802 73.2 101.6
      221 圆柱 300×750 1 C20 100 0.02 1706 3706 129.1 106.5
      222 圆柱 300×750 1 C20 50 0.02 1706 2753 70.1 123.2
      223 圆柱 300×750 1 C20 50 0.02 1706 4229 161.4 113.1
      224 圆柱 300×750 1 C20 50 0.02 1706 5251 224.5 117.7

      图  10  试验值与计算值对比

      Figure 10.  Comparison of calculations with experimental results

    • 本文通过试验和理论分析对预应力钢箍加固混凝土圆柱的轴压性能进行研究,得出结论如下所示:

      (1) PSHC试件的峰值应力和峰值应变与对比柱相比都有了极大的提升,在本试验设计中提高幅度最高分别可达107%和540%,即加固效果显著。根据本次试验结果,可以将0.69%的钢箍配箍率、0.15的预应力比作为预应力钢箍加固设计方案。在该试验参数下,不会发生钢箍断裂的现象,且峰值应力和峰值应变提高幅度分别可达53%和263%。

      (2)在主动约束的试验条件下,PSHC承载能力和变形能力会随着钢箍配箍率的增加而提升。当配箍率为从0.33%增加到0.98%时,峰值应力提升幅度从32%增加到79%,峰值应变提升幅度为90%~540%。

      (3)在其他试验条件相同的情况下,PSHC的预应力比越大,承载能力越高,而变形能力会随着预应力比的增加而降低,但在本次试验中最少能提高320%。

      (4)在其他试验条件相同的情况下,不同轴压比PSHC的峰值应力和峰值应变差异不大,即在本次试验条件下各加固柱加固效果相同,轴压比对加固效果没有明显影响。

      (5)本文所得峰值应力计算公式可以很好的计算本文试验结果和其他学者研究结果,具有良好的推广性。

参考文献 (23)

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