加固RC柱受压性能研究综述

加固RC柱受压性能研究综述【摘要】分析、整理了国内外相关学者对RC柱受压性能的研究成果，综合论述了采用不同加固方法加固RC柱的效果和性能，包括加固后构件的裂缝开展、刚度、承载力、延性等，并提出了RC柱加固研究未来的发展趋势.【关键词】加固；RC柱；受压性能Summary on Research of the Compressed Behavior of Strengthening RC ColumnJunyu Tan，Longmin JiangCollege of Civil Engineering，Hunan University of Technology，Zhuzhou Hunan 412007，ChinaAbstract：Analyzing and sorting out the research achievements on the compressed behavior of RC columns of the relevant scholars at home and abroad，comprehensively discussing the effect and performance of using different strengthening methods for strengthening RC columns，such as strengthening component of crack propagation，rigidity，bearing capacity，ductility and so on，and putting forward the future development trend of the research on strengthening RC column.Keywords：strengthen，reinforced concrete column，the compressed behavior由于设计不当、设计规范要求提高、施工缺陷、建筑物改变用途、自然灾害以及建筑物长期处于有酸、碱、盐浸蚀或风化、冻融循环等恶劣环境以及建筑物使用年限接近设计基准期甚至超期服役等原因可能造成结构不能满足可靠度要求.对目前我国已有工业和民用建筑及其它基础设施进行加固、改造和维修使之现代化日趋迫切，符合我国国情.柱作为建筑结构中重要的承重构件之一，主要承受结构的竖向荷载，柱的承载力不足会对整个建筑的性能产生很大的影响，严重时会导致整个建筑物倒塌，对现有建筑中影响其使用性和安全性的柱进行加固补强意义重大.目前国内外关于柱的加固研究已经取得了相当丰富的研究成果，各种加固方法也趋于成熟.本文拟对国内外加固柱的受压性的研究成果进行综述，并对其未来发展趋势作探索.1、国外加固RC柱受压性能研究现状1.1 钢丝网水泥加固RC柱受压性能研究英国的P?J?Nedwell[1]用钢丝网水泥对4根RC轴心受压短方柱进行修复和加固，试验结果表明钢丝网水泥加固层能显著提高柱的刚度，大幅度提高柱的极限承载力；被加固柱的刚度和极限强度随钢丝网的层数的增加而提高.E. H. Fahmy [2]等人对已加载至极限荷载的67%、85%和100%的混凝土柱卸载后用钢丝网砂浆加固修复进行轴心受压试验.试验结果表明，加固后混凝土柱极限承载力有明显提高，所有加固柱在破坏时都已经产生很大变形，说明加固柱具有很好的延性和吸能能力.Abdullah和Katsuki Takiguchi[3]对6根钢筋混凝土方柱进行钢丝网水泥加固研究，加固后柱的截面形式为圆柱和方柱.通过对加固柱进行水平低周循环荷载和恒定轴压下的试验，试验结果表明对钢筋混凝土柱全长提供外部约束，混凝土柱的强度，刚度和延性得到很大的提高，所有的加固柱显示很好的延性和稳定性.B. Kondraivendhan[4] 等人进行了钢丝网砂浆约束混凝土圆柱性能的试验研究，钢丝网砂浆为混凝土圆柱提供外部约束，试验结果表明，钢丝网砂浆可以对混凝土提供有效的约束作用，从而提高柱的抗压强度，钢丝网砂浆约束混凝土的强度可从合理的分析模型预测.1.2 纤维加固RC柱受压性能研究Pierre Rochette和Pierre Labossiere[5]进行了碳纤维（CFRP）、芳纶纤维（AFRP）约束混凝土圆形、正方形及矩形截面柱的单调轴向加载试验.试验表明，横向约束率相同的情况下，约束效果跟截面的形状密切相关，加固效果最好的为圆柱.方柱和矩形柱在加固之前应该对柱边进行倒角处理，避免因应力集中而导致纤维断裂.Parvin A和Wang W[6]对粘贴不同层数CFRP约束的混凝土偏心受压方柱进行了研究.研究发现在偏心荷载作用下，CFRP约束的混凝土柱的强度和延性仍然能明显提高，但是提高效果不如轴心受压柱，并且随着偏心距的增大，约束效果逐渐减弱.J.Li和M.N.S.Hdai[7]研究了外包CFRP布加固高强混凝土偏压柱的力学性能，结果表明：随着CFRP粘贴层数的增加，偏压柱的外部约束刚度得到提高，柱的承载力得到了提高.单向粘贴的碳纤维布，应考虑其粘贴方向使碳纤维抗拉强度高的特点充分发挥，从而使构件的抗弯和抗压性明显提高.1.3 加大截面法加固RC柱受压性能研究G. Campione和M. Fossetti[8]等人研究了加大截面法加固混凝土柱的抗压特性和加固层在横向荷载和弯矩作用下的横截面特点.通过试验重点研究了混凝土加固层对核心柱的约束效应和受压柱在弯曲作用影响下的特性.通过试验数据分析得到的荷载-轴向应变曲线和力矩-曲率图与预测模型基本一致.研究表明这种加固方式能有效提高混凝土柱的强度和延性，试验强调了对混凝土等级、加固层厚度和箍筋直径等加固材料准确选择的重要性. 2、国内加固RC柱受压性能研究现状粘贴纤维加固RC柱受压性能研究我国对采用纤维加固混凝土柱的研究起步较晚，但经过近二十年的发展，国内对于碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、混杂纤维等约束混凝土柱的研究已经取得了丰硕的研究成果.这些纤维材料的力学性能各有不同（如碳纤维抗拉强度高、弹性模量人，但延性较差；玻璃纤维延性好、价格低、但抗拉强度低；芳纶纤维抗拉强度高，韧性好，但价格较高等特点），加固效果也各有特点.2.1.1 碳纤维布加固RC柱受压性能研究唐爱华[9]等人对混凝土矩形柱进行碳纤维布（CFRP）横向约束的偏心受压试验得出，由于外贴CFRP有效的约束了混凝土的横向变形，混凝土的抗压强度得到提高，从而使偏压柱抗压极限承载力提高；随着偏心距的减小，柱的极限承载力提高幅增大.李玉鹏[10]通过对碳纤维布约束混凝柱的轴压性能以及偏压性能进行研究得出碳纤维布约束混凝土方柱极限强度和极限变形较未约束混凝土柱的极限强度和极限变形有很大程度的提高，且碳纤维布的加固率越大，提高程度越大.碳纤维布约束混凝土的效率随着混凝土强度的提高而降低.周长东[11]等人研究了预应力CFRP加固钢筋混凝土柱的破坏形态、力学性能和破坏机理.预应CFRP与普通CFRP相比，能对混凝土柱提供主动的约束，有效延缓裂缝的发展，同时大大减少了纤维材料应力滞后的想象，充分发挥CFRP的高强的抗拉性能，从而更好的提高了混凝土柱的强度和变形能力.2.1.2 玄武岩纤维布加固RC柱受压性能研究齐建林[12]、黄灿[13]等人对玄武岩纤维布（BFRP）加固RC圆柱进行抗压试验得出FRP布使混凝土处于三向受压状态，使柱的极限抗压承载力及延性得到提高.被约束混凝土圆柱的强度、横向应变和轴向应变随着玄武岩纤维布层数的增加而提高.对于轴压和小偏压柱，BFRP包裹层数是影响其极限承载力的主要因素，但增加BFRP的包裹层数对延性的影响不明显；对于大偏压柱，偏心率是决定其承载力的主要因素，但BFRP 包裹层数是影响其延性的重要因素.2.1.3 芳纶纤维布加固RC柱受压性能研究唐飞[14]，刘家蓬[15]分别通过对芳纶纤维布改善的混凝土小偏心受压柱和大偏心受压柱的受力和变形性能进行研究分析得出，芳纶纤维布横向加固偏压柱时，其承载力和延性均有一定程度的提高；加固时宜优先采用条带加固法，条带宽度越细、间距越小，加固效果越好.2.2 复合加固法加固RC柱受压性能研究卢亦焱[16]等人对钢管自密实混凝土加固混凝土柱的新型复合法进行一系列研究得出，钢管自密实混凝土加固柱的承载力和延性较未加固柱有显著的提高，且其破坏形式为延性破坏；随着含钢率的增大加固柱承载力显提高，延性有所改善；对于偏心受压柱，随着偏心距的增大，加固柱的承载力降低.文献[17]对碳纤维布和外包钢复合加固混凝土柱破坏特征和受力性能进行研究，复合加固法能有效利用纤维布和角钢各自的特性约束混凝土的变形，使混凝土柱的极限承载力大幅度提高，延性得到显著的改善，变形能力大大提高，从而使使混凝土柱获得优良的力学性能.2.3 预应力钢带加固RC柱受压性能研究西安建筑科技大学相关课题组对预应力钢带加固混凝土柱进行了大量的研究[18-19]，相关研究结果表明，钢带可以有效约束混凝土的开裂，钢带间距越小裂缝开展越缓慢，约束效果越显著.随着钢带间距的减小或层数的增加，混凝土柱的承载能力和延性明显提高.2.4 粘钢加固RC柱受压性能研究李鹏[20]、谢永健[21]对混凝土方形短柱进行了一次受力和二次受力轴心受压试验研究，得出钢板能利用其本身的强度直接提高混凝土柱承载力，同时能有效约束混凝土的横向变形作，提高混凝土的强度，从而进一步提高混凝土短柱的承载力；并且由于钢板的约束作用，混凝土柱的延性也得到了提高.2.5 钢筋网砂浆加固RC柱受压性能研究蒋隆敏[22]等人对高性能水泥复合砂浆钢筋网薄层（HPFL）加固混凝土受压性能进行了一系列的研究.研究结果表明，HPFL加固层中的纵向网筋能间接与核心柱共同承担轴向应力，从而提高加固柱的抗压承载力；加固层中的复合砂浆对闭合式钢筋网笼有良好的粘结、握褒作用，从而通过界面的协调变形间接参与受压和产生一定的侧向约束作用.当一次受力应力水平指标β（β=N1/No，N1为第一阶段加载末原柱所承担的轴力，No为原柱的最大承载力）小于0.7时，二次受力加固柱的延性改善比一次受力加固柱更明显，并且加固层砂浆中的活性成分可以使原柱在第一受力阶段已出现的裂缝得到修补.何爱波[23]通过对HPFL加固RC轴心受压柱进行有限元模拟分析得出加固后的柱子承载力和刚度都得到了相应的提高，与试验研究分析结果一致.3、加固RC柱受压性能研究的未来发展趋势近年来加固改造技术在建筑行业中得到迅速发展，结构加固事业具有广泛的市场和发展前景.目前国内外对加固RC 柱的研究也越来越深入，并取得了丰硕的成果.但从当前研究和应用的现状看，仍有许多理论和应用方面的问题急待解决.（1）由于试验条件的限制，目前许多关于加固RC柱抗压性能的试验研究考虑的是完全卸载情况下的加固，对于二次受力情况下加固的研究比较少，而在实际加固工程中，完全卸载非常困难，因此研究二次受力加固更具有实际意义.（2）由于许多加固材料与混凝土之间没有良好的整体工作性能，加固材料的性能往往得不到很好的利用，因此研究加固材料与原构件间更加有效的粘结性和整体工作性能也尤为重要.（3）异形柱是一种比较新的截面形式柱，对加固异形柱抗压性能的研究还几乎处于空白，还有待进一步研究.参考文献：[1] Nedwell P.J.，Ramesht M.H.，et al. Investigation into the repair of short square columns using ferrocement. In：Proc of the fifth Int Symposium. London Britain，1994，277-285.[2] E.H. Fahmy，Y.B.I. Shaheen，Y.S. Korany. Repairing Reinforced Concrete Columns Using Ferrocement Laminates[J]. Journal of Ferrocement，1999，29（2）：115-124.[3] Abdullah，Katsuki Takiguchi. An investigation into the behavior and strength of reinforced concrete columns strengthened with ferrocement jackets[J]. Cement and Concrete Composites，2003，252.[4] B. Kondraivendhan，Bulu Pradhan. Effect of ferrocement confinement on behavior of concrete[J]. Construction and Building Materials，2009，23（3）：1218-1222.[5] Pierre Rochette，and Pierre Labossiere. Axial Testing of Rectangular Column Models Confined with Composites [J]. Journal of Composite for Construction，2000，4（3）：129-136.[6] Azadeh Parvin ，Wei Wang. Behavior of FRP Jacketed Concrete Columns under Eccentric Loading [J].Journal ofComposites for Construction，2001（8），146-152.[7] J.Li，M N S Hadi. Behavior of Externally Confined High Strength Concrete Columns under Eccentric Loading. Composite Structures. 2003，62：145-153.[8] G. Campione，M. Fossetti，C. Giacchino，G. Minafò. RC Columns Externally Strengthened with RC Jackets[J]. Materials and Structures，2014，4710[9]唐爱华，张敏. 碳纤维布（CFRP）加固钢筋混凝土偏心受压柱的试验研究[J]. 工业建筑，2005，S1：954-957+944.[10] 李玉鹏. 碳纤维布约束混凝土柱受压性能试验研究及理论分析[D]. 上海：同济大学，2006.[11]周长东，白晓彬，赵锋，吕西林，厉春龙. 预应力纤维布加固混凝土圆形截面短柱轴压性能试验[J]. 建筑结构学报，2013，02：131-140.[12] 齐建林. 玄武岩纤维布约束混凝土圆柱轴心抗压性能试验研究[D]. 广东：广东工业大学，2011.[13] 黄灿. 玄武岩纤维布加固钢筋混疑土圆柱偏压承载力有限元分析[D]. 广东：广东工业大学，2014.[14] 唐飞. 芳纶纤维布加固小偏心受压柱试验研究与理论分析[D]. 西安：西安理工大学，2009.[15] 刘家蓬. 芳纶纤维布加固钢筋混凝土大偏心受压柱的试验研究与理论分析[D]. 西安：西安理工大学，2009.[16] 卢亦焱，龚田牛，张学朋，薛继锋. 外套钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土圆形截面短柱轴压性能试验研究[J]. 建筑结构学报，2013，06：121-128.[17] 卢亦焱，史健勇，赵国藩. 碳纤维布和角钢复合加固轴心受压混凝土柱的试验研究[J]. 建筑结构学报，2003，05：18-23[18] 杨勇，李少语，刘义，赵湘璧，周铁钢. 预应力钢带约束混凝土轴心抗压强度试验研究[J]. 工业建筑，2015，03：1-5.[19] 杨勇，张涛，张雪昭，周铁钢. 预应力钢带加固混凝土圆柱轴压试验研究及工程应用[J]. 工业建筑，2015，03：29-34.[20] 李鹏. 粘钢加固钢筋混凝土轴心受压短柱的试验研究[D]. 湖北：武汉大学，2004.[21] 谢永健. 粘钢加固钢筋混凝土轴心受压柱的实验研究及其可靠度分析[D]. 广西：桂林工学院，2006.[22] 蒋隆敏，尚守平，刘方成. 钢筋网高性能水泥复合砂浆加固圆柱的轴压性能研究[J]. 湖南工业大学学报，2009，01：12-18.[23]蒋隆敏，何爱波，周露蒙. HPFL加固轴心受压RC柱的数值模拟分析[J]. 建筑结构，2014，17：50-55+82.。