預(yù)應(yīng)力纖維條帶加固鋼筋混凝土圓墩柱抗震性能試驗(yàn)研究

預(yù)應(yīng)力纖維條帶加固鋼筋混凝土圓墩柱抗震性能試驗(yàn)研究

隨著川川地區(qū)的強(qiáng)烈地震，地震區(qū)的道路嚴(yán)重受損，大部分地區(qū)的道路完全堵塞。地震區(qū)域地勢(shì)高山，飛機(jī)難以航行和下降，航空通道極不暢。因此,運(yùn)送救援物資、大型救援設(shè)備和救援人員的艱巨任務(wù)就壓在鐵路運(yùn)輸上,震區(qū)各條鐵路線的列車開(kāi)行頻率與載重量驟增。如何保證線路的正常安全運(yùn)營(yíng),是抗震救災(zāi)工作的關(guān)鍵問(wèn)題之一。鋼筋混凝土圓形墩柱在混凝土鐵路橋梁中應(yīng)用廣泛,在地震力作用下易發(fā)生剪切和壓潰式破壞,導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)垮塌,汶川地震中就有大量的混凝土圓形墩柱因此而破壞。外包纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)加固混凝土墩柱已經(jīng)在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用,但是纖維布不能對(duì)混凝土墩體提供主動(dòng)的橫向約束,只有在墩體加固、混凝土再次受壓膨脹變形之后,纖維布才會(huì)發(fā)揮其約束能力。相對(duì)于被加固墩柱,外包纖維布存在嚴(yán)重的應(yīng)力滯后。如何提高外包FRP材料與被加固墩柱的協(xié)同工作能力,增強(qiáng)加固效率,是目前土木工程領(lǐng)域亟需解決的問(wèn)題之一。對(duì)外包裹材料施加預(yù)應(yīng)力,是解決上述問(wèn)題的有效途徑。預(yù)應(yīng)力芳綸纖維布(AFRP)加固鋼筋混凝土方柱的擬靜力試驗(yàn)證明了預(yù)應(yīng)力AFRP加固方柱的有效性,結(jié)果表明預(yù)應(yīng)力AFRP條帶加固震損柱,能使初始裂縫閉合,柱的變形驟減,柱由脆性剪切破壞轉(zhuǎn)變?yōu)檠有愿玫膹澢茐?。橫向預(yù)應(yīng)力鋼條帶加固圓柱的試驗(yàn)結(jié)果表明,預(yù)應(yīng)力鋼條帶可以大幅度提高試件的延性。施加預(yù)拉應(yīng)力的碳纖維(CFRP)片材和AFRP片材加固橫向配筋不足的混凝土方柱的試驗(yàn)結(jié)果表明,加固后柱的側(cè)向承載能力最大提高近20%,而柱的延性達(dá)到加固前的2.6倍。預(yù)應(yīng)力鋼板箍加固混凝土方柱的試驗(yàn)結(jié)果表明,預(yù)應(yīng)力鋼板箍能夠有效抑制斜向剪切裂縫的發(fā)生與開(kāi)展,將試件的破壞形態(tài)由剪切破壞轉(zhuǎn)變成具有較好延性的彎曲破壞,從而有效提高其抗震性能?？梢钥闯?采用側(cè)向預(yù)應(yīng)力方法加固混凝土方柱可以取得良好的抗震加固效果,而采用預(yù)應(yīng)力FRP加固圓形混凝土墩柱,將會(huì)對(duì)核心混凝土提供均勻的主動(dòng)約束,加固效果應(yīng)該更好,但目前未見(jiàn)針對(duì)環(huán)向預(yù)應(yīng)力FRP加固圓形混凝土墩柱抗震性能的研究。本次試驗(yàn)通過(guò)對(duì)12根鋼筋混凝土圓形墩柱施加低周反復(fù)荷載,綜合考慮了纖維布種類、預(yù)應(yīng)力大小、墩柱預(yù)損程度、表面處理方式等因素對(duì)預(yù)應(yīng)力纖維條帶加固圓形混凝土墩柱抗震性能的影響,本文提出的自鎖式預(yù)應(yīng)力FRP加固混凝土圓形墩柱方法簡(jiǎn)便快捷,可以在大震發(fā)生之后迅速完成對(duì)震損圓形混凝土墩柱的應(yīng)急加固,恢復(fù)和提高其承載能力和抗震性能,從而保證線路的通行能力和列車的運(yùn)營(yíng)安全。1試驗(yàn)總結(jié)1.1圓墩柱的剪切破壞本次試驗(yàn)共有12根圓形混凝土墩柱。為了模擬地震發(fā)生時(shí)墩柱的剪切破壞,設(shè)計(jì)試件的抗彎承載力大于其抗剪承載力,使混凝土圓形墩柱發(fā)生剪切破壞。圓墩柱截面直徑300mm,柱身高525mm,柱頭高450mm,底座高450mm,縱筋625,并伸入到底座底部,箍筋為6@150,保護(hù)層厚度為25mm,設(shè)計(jì)軸壓比n均為0.40。采用預(yù)應(yīng)力玄武巖纖維(BFRP)條帶和碳纖維條帶對(duì)柱體進(jìn)行環(huán)向加固。試件的設(shè)計(jì)尺寸和柱體配筋、預(yù)應(yīng)力纖維條帶加固方案如圖1所示,試件所用的材料及其性能詳見(jiàn)表1,具體試驗(yàn)分組方案見(jiàn)表2。1.2預(yù)應(yīng)力的施加纖維布自錨式錨具主要由錨頭、螺桿、螺栓、碳纖維布或玄武巖纖維布等組成,如圖2所示。纖維布錨具的制作方法是:布的端部浸膠之后由錨頭的錨爪夾緊,然后纏繞布于錨頭中部一或兩圈,涂膠并裹緊,再擰緊錨頭錨爪的小螺栓,使纖維布和錨頭形成整體。在施加預(yù)應(yīng)力時(shí),應(yīng)該交替同步旋緊兩根螺桿的螺母,以保證兩根螺桿在張拉的過(guò)程中受力均衡,并通過(guò)實(shí)時(shí)測(cè)量每套錨具兩端4個(gè)電阻應(yīng)變片的數(shù)據(jù),控制纖維布預(yù)應(yīng)力的水平。預(yù)應(yīng)力水平的控制以纖維布錨具兩端4個(gè)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變平均值為依據(jù)。1.3混凝土應(yīng)變片模擬地震試驗(yàn)整個(gè)試驗(yàn)在同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室完成,試驗(yàn)裝置如圖3所示。在柱頂通過(guò)100t千斤頂施加豎向恒定荷載;通過(guò)試件柱頭的4根螺桿和100t的伺服作動(dòng)器相連,沿水平方向施加低周反復(fù)荷載;通過(guò)電阻應(yīng)變片量測(cè)鋼筋應(yīng)變和纖維布應(yīng)變;通過(guò)電測(cè)位移計(jì)量測(cè)位移。所有力、位移和應(yīng)變信號(hào)均連接到DH3817高速靜態(tài)數(shù)據(jù)采集儀,通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)采集。對(duì)于不包布的對(duì)比柱,在柱根部受彎兩側(cè)各布置一對(duì)沿縱向和橫向的混凝土應(yīng)變片,用來(lái)測(cè)量底部混凝土應(yīng)變。本試驗(yàn)采用低周反復(fù)水平荷載試驗(yàn)?zāi)M水平地震作用。首先施加軸向力至預(yù)定值,然后循環(huán)施加水平力。水平荷載根據(jù)《建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程》(JGJ01—96)采用荷載與位移雙控制,試件屈服前采用水平荷載控制,每級(jí)荷載循環(huán)一次,荷載主要級(jí)差為30kN,試驗(yàn)接近屈服時(shí)級(jí)差為5kN;試件屈服后,采用位移控制,以屈服位移為級(jí)差進(jìn)行位移控制加載(考慮到安全因素,接近試件破壞時(shí),取屈服位移的半數(shù)值遞增),每級(jí)循環(huán)3次,不斷加大試件位移,直至水平荷載下降到極限荷載的85%時(shí)為止。為了模擬地震造成的損傷,加固之前對(duì)試件Q2和Q3在軸壓比0.40下進(jìn)行預(yù)損傷處理。其中輕微預(yù)損處理的試件Q2加載至柱身中部出現(xiàn)斜裂縫且微有開(kāi)展;中等預(yù)損處理的試件Q3加載至柱身中部出現(xiàn)斜裂縫且明顯張開(kāi)。嚴(yán)重預(yù)損處理的試件Q4為軸壓比0.55、預(yù)應(yīng)力0.2S碳纖維條帶加固后的已破壞試件,柱身中部未包裹纖維布部分出現(xiàn)斜裂縫,且柱底混凝土已嚴(yán)重脫落。再次加固之前,鑿去疏松破碎的混凝土,表面清理干凈后用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ),待環(huán)氧砂漿固化之后(如圖4所示),將砂漿表面打磨圓滑。2試件極限荷載混凝土是一種非均質(zhì)材料,加載時(shí)試件正反兩方向的力學(xué)性能不可能完全相同,試驗(yàn)分析時(shí)采用正反兩方向極限荷載的平均值作為試件的極限荷載;取正反兩方向的極限位移平均值作為試件的極限位移,正反兩方向屈服位移的平均值作為試件的屈服位移。2.1破壞形式試件的纏布破壞形態(tài)和柱體破壞形態(tài)如圖5所示。(1)柱身中部交叉斜裂縫試件Q1屈服之前,隨著荷載的逐漸增大,柱身中部出現(xiàn)細(xì)微交叉斜向裂縫并逐漸開(kāi)展。試件屈服之后,隨著位移的增大,柱身中部交叉斜裂縫加速開(kāi)展;臨近破壞時(shí),斜向裂縫迅速開(kāi)展,柱身中部部分混凝土突然脫落。試件側(cè)向正反向承載力急劇下降,試件破壞,加載停止,屬于典型的剪切破壞。(2)彎剪破壞及破壞區(qū)域分析試件T2中的環(huán)向CFRP條帶未施加預(yù)應(yīng)力,在其屈服之前,隨著荷載的增加,先是在柱身中部未包裹纖維布處出現(xiàn)細(xì)微交叉斜裂縫,繼而在柱身底部出現(xiàn)第一條水平彎曲裂縫。試件屈服之后,隨著位移的不斷增大,底部水平裂縫加速開(kāi)展,最后因?yàn)樗苄糟q區(qū)域混凝土嚴(yán)重破壞而導(dǎo)致試件的破壞,破壞前柱身中部未包裹纖維布部分的斜裂縫略有開(kāi)展,裂縫的發(fā)展、混凝土的壓碎以及纖維布的高程度拉展主要發(fā)生在柱底塑性鉸區(qū)域,試件T2屬于彎剪破壞。試件T4中CFRP所施加的預(yù)應(yīng)力為0.2S,在試件屈服之前,由于預(yù)應(yīng)力碳纖維布對(duì)柱體的主動(dòng)約束,柱身中部未包裹纖維布處未見(jiàn)斜向裂縫,而底部水平彎曲裂縫出現(xiàn)時(shí)的開(kāi)裂荷載也遠(yuǎn)高于T2,而屈服荷載與T2相當(dāng)。試件T4屈服之后,隨著位移的持續(xù)增大,柱身中部未包裹纖維布處出現(xiàn)細(xì)微交叉斜裂縫,底部水平裂縫加速開(kāi)展;臨近破壞時(shí),下部的纖維布有局部鼓起現(xiàn)象,纖維布的紋理錯(cuò)亂,并時(shí)而伴有拉展聲音,試件的承載力緩慢下降,最后因?yàn)榈撞炕炷恋膰?yán)重破壞導(dǎo)致試件的破壞,破壞區(qū)域僅限于塑性鉸區(qū),呈現(xiàn)出彎曲破壞的特征?？梢钥闯?對(duì)纖維布試件施加預(yù)應(yīng)力之后,試件受到有效的環(huán)向主動(dòng)約束,延緩了裂縫的出現(xiàn),提高了試件的延性。(3)預(yù)損率高且大面積破壞預(yù)損試件Q2、Q3和Q4均采用預(yù)應(yīng)力為0.2S的CFRP條帶包裹加固,加固后采用位移控制加載。輕微預(yù)損試件Q2。隨著位移的增大,柱身中部未包裹纖維布處的既有斜裂縫略有開(kāi)展,底部出現(xiàn)水平裂縫并快速開(kāi)展;臨近破壞時(shí),纖維布發(fā)出劇烈的拉展聲音,柱身中部斜裂縫繼續(xù)開(kāi)展,柱根部也出現(xiàn)斜向交叉裂縫,柱根部混凝土嚴(yán)重破壞且大面積剝落導(dǎo)致試件破壞。預(yù)應(yīng)力纖維布對(duì)柱體提供了有效的主動(dòng)約束,使斜裂縫并未急劇開(kāi)展,將試件由脆性的剪切破壞轉(zhuǎn)換為了延性很好的彎曲破壞。中等預(yù)損試件Q3。隨著位移的增長(zhǎng),柱身中部未包裹纖維布處的既有交叉斜裂縫略有開(kāi)展,底部出現(xiàn)水平裂縫并迅速開(kāi)展;臨近破壞時(shí),斜裂縫貫通柱身,柱根部混凝土壓潰剝落,纖維布發(fā)出劇烈的拉展聲音,且局部斷裂。但是因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力纖維布對(duì)柱體提供了有效的主動(dòng)約束,限制了斜裂縫的開(kāi)展,將試件由脆性的剪切破壞轉(zhuǎn)換為延性較好的彎剪破壞。嚴(yán)重預(yù)損試件Q4。在位移很小時(shí),纖維布即已發(fā)出拉展聲音;隨著位移的增大,纖維布繼續(xù)拉展,底部混凝土破壞嚴(yán)重;臨近破壞時(shí),柱身斜裂縫貫通,底部環(huán)氧砂漿鼓出,混凝土脫落,纖維布發(fā)出劇烈的拉展聲,兩條纖維布均局部斷裂,承載力驟降。預(yù)應(yīng)力纖維布對(duì)柱體提供了有效的主動(dòng)約束,一定程度上限制了斜裂縫的開(kāi)展,試件雖然仍為剪切破壞,但是相對(duì)于未加固試件,其延性明顯改善?？梢钥闯?預(yù)損越嚴(yán)重,試件的延性越差。但是經(jīng)過(guò)預(yù)應(yīng)力CFRP加固后,所有預(yù)損試件的延性都明顯優(yōu)于未加固試件。(4)拉展聲音和剪切破壞特征試件Q5表面打磨至露出粗骨料,清掃干凈后采用預(yù)應(yīng)力CFRP加固,然后進(jìn)行加載試驗(yàn)。試件屈服之前,隨著荷載的增加,柱身底部出現(xiàn)一條水平彎曲裂縫,而柱身中部未見(jiàn)斜向裂縫;試件屈服之后,隨著位移的增大,柱身中部未包裹纖維布處出現(xiàn)細(xì)微交叉斜裂縫且略有開(kāi)展,底部水平裂縫加速開(kāi)展,纖維布局部斷裂且伴有拉展聲音;臨近破壞時(shí),下部的纖維布有局部鼓起現(xiàn)象,柱底部混凝土破壞嚴(yán)重而導(dǎo)致試件破壞。裂縫的發(fā)展、混凝土的壓碎以及纖維布的高程度拉展主要發(fā)生在柱底塑性鉸區(qū)域,柱承載力緩慢下降,呈現(xiàn)出彎曲破壞的特征。試件Q6在對(duì)CFRP浸漬環(huán)氧樹(shù)脂之后再包裹柱身并施加預(yù)應(yīng)力至0.2S,待環(huán)氧樹(shù)脂固化之后進(jìn)行加載試驗(yàn)。試件屈服前,隨著荷載的增加,柱身底部出現(xiàn)一條水平彎曲裂縫,而柱身中部未見(jiàn)斜向裂縫;試件屈服后,隨著位移的增大,柱身中部未包裹纖維布處出現(xiàn)細(xì)微交叉斜裂縫,底部水平裂縫逐漸開(kāi)展,纖維布發(fā)出拉展聲音;臨近破壞時(shí),底部的刷膠纖維布有紋理錯(cuò)亂的現(xiàn)象,底部混凝土破壞嚴(yán)重而導(dǎo)致試件破壞,但是由于上下兩端預(yù)應(yīng)力纖維布的主動(dòng)約束,斜裂縫并未開(kāi)展。裂縫的發(fā)展、混凝土的壓碎以及纖維布的高程度拉展均發(fā)生在柱底塑性鉸區(qū)域,柱承載力緩慢下降,呈現(xiàn)出彎曲破壞的特征。試件Q7在對(duì)CFRP浸漬環(huán)氧樹(shù)脂之后再包裹柱身并施加預(yù)應(yīng)力至0.3S,待環(huán)氧樹(shù)脂固化之后進(jìn)行加載試驗(yàn)。試件屈服前,隨著荷載的增加,底部出現(xiàn)一條水平彎曲裂縫,柱身中部未見(jiàn)斜向裂縫。試件屈服之后,隨著位移的增大,柱身中部未包裹纖維布處出現(xiàn)細(xì)微交叉斜裂縫,底部水平裂縫逐漸開(kāi)展,下部纖維布發(fā)出拉展聲,與錨頭連接處局部斷裂;臨近破壞時(shí),下部纖維布所包裹的混凝土突然爆裂,粗骨料破碎飛出,裸露出縱筋和箍筋,試件承載力急劇下降,試件破壞,屬于典型的剪切破壞。試件Q8先將表面打磨至露出粗骨料并清掃干凈,然后將CFRP浸漬環(huán)氧樹(shù)脂并包裹柱身,未施加預(yù)應(yīng)力,待環(huán)氧樹(shù)脂固化后進(jìn)行加載試驗(yàn)。試件屈服之前,隨著荷載的增加,底部出現(xiàn)一條水平彎曲裂縫,柱身中部未見(jiàn)斜向裂縫。試件屈服之后,隨著位移的增大,柱身中部未包裹纖維布處出現(xiàn)細(xì)微交叉斜裂縫,此時(shí)底部水平裂縫加速開(kāi)展;臨近破壞時(shí),下部的纖維布有局部鼓起現(xiàn)象,底部混凝土破壞嚴(yán)重導(dǎo)致試件破壞,但由于上下兩端刷膠纖維布的約束,斜裂縫并未開(kāi)展。裂縫的發(fā)展、混凝土的壓碎以及纖維布的高程度拉展主要發(fā)生在柱底塑性鉸區(qū)域,柱承載力緩慢下降,呈現(xiàn)出彎曲破壞的特征。試件Q9先將表面打磨至露出粗骨料并清掃干凈,然后將CFRP浸漬環(huán)氧樹(shù)脂并包裹柱身,施加預(yù)應(yīng)力至0.2S,待環(huán)氧樹(shù)脂固化后進(jìn)行加載試驗(yàn)。試件屈服之前,隨著荷載的增加,底部出現(xiàn)一條水平彎曲裂縫,柱身中部未見(jiàn)斜向裂縫。試件屈服之后,隨著位移的增大,柱身中部未包裹纖維布處出現(xiàn)非常細(xì)微交叉斜裂縫并略有開(kāi)展,底部水平裂縫加速開(kāi)展并貫通,底部混凝土破壞嚴(yán)重,纖維布伴有拉展聲音;臨近破壞時(shí),柱底部混凝土破壞非常嚴(yán)重,從而導(dǎo)致試件破壞。裂縫的發(fā)展、混凝土的壓碎以及纖維布的高程度拉展均發(fā)生在柱底塑性鉸區(qū)域,柱承載力緩慢下降,呈現(xiàn)出彎曲破壞的特征?？梢钥闯?對(duì)試件表面進(jìn)行打磨刷膠處理可以提高纖維布與混凝土的協(xié)同工作性能,從而可以有效地改善其破壞狀態(tài)和抗震性能,加固效果最佳,這種加固處理方法在實(shí)際工程中應(yīng)該優(yōu)先選用。在預(yù)應(yīng)力0～0.2S的范圍內(nèi),預(yù)應(yīng)力碳纖維條帶加固試件在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中均能保持柱身的完整,試驗(yàn)?zāi)┒稳跃邆浞€(wěn)定的承受豎向荷載的能力,說(shuō)明采用預(yù)應(yīng)力碳纖維條帶對(duì)圓墩柱進(jìn)行抗震加固能夠滿足實(shí)際的工程要求。但是當(dāng)CFRP的預(yù)應(yīng)力為0.3S時(shí),加固試件的延性較差,在實(shí)際工程應(yīng)用時(shí),CFRP的預(yù)應(yīng)力應(yīng)控制在0.3S以下,未有補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)證明之前,控制應(yīng)力最大為0.2S。(5)柱身剪切破壞特征試件Q10采用環(huán)向預(yù)應(yīng)力AFRP條帶加固,在試件屈服之前,隨著荷載的增加,底部出現(xiàn)一條水平彎曲裂縫,柱身中部未見(jiàn)斜向裂縫;試件屈服之后,隨著位移的增大,柱身中部未包裹纖維布處出現(xiàn)細(xì)微交叉斜裂縫并逐漸開(kāi)展,底部水平裂縫加速開(kāi)展,底部混凝土破壞嚴(yán)重,下部的纖維布有局部鼓起現(xiàn)象,纖維布的紋理錯(cuò)亂,并時(shí)而伴有拉展聲音;臨近破壞時(shí),柱身中部交叉斜裂縫繼續(xù)開(kāi)展,玄武巖纖維布與錨桿連接處斷裂,其余位置的纖維布也出現(xiàn)斷裂情況,承載力急劇下降,試件破壞,屬于典型的剪切破壞。因?yàn)樾鋷r纖維彈性模量較低,對(duì)核心混凝土提供的主動(dòng)約束力較小,無(wú)法有效限制斜裂縫的開(kāi)展,在實(shí)際工程中不宜采用預(yù)應(yīng)力AFRP條帶加固。2.2預(yù)應(yīng)力cfrp加固試件各試件的承載力見(jiàn)表3?？梢钥闯?采用FRP加固后,試件承載力均有不同程度的提高。在0～0.2S的預(yù)應(yīng)力范圍內(nèi),采用碳纖維條帶施加預(yù)應(yīng)力后,被加固柱的承載力隨預(yù)應(yīng)力的增大而提高。當(dāng)碳纖維條帶的預(yù)應(yīng)力為0.3S時(shí),被加固試件的承載力雖有所提高,但低于預(yù)應(yīng)力為0.2S的碳纖維條帶加固試件,說(shuō)明碳纖維條帶的預(yù)應(yīng)力應(yīng)低于0.3S。預(yù)損傷對(duì)試件的承載力有不利影響,預(yù)損傷程度越大,采用預(yù)應(yīng)力CFRP條帶加固后的承載力越低;但是,嚴(yán)重預(yù)損柱通過(guò)預(yù)應(yīng)力0.2S碳纖維條帶加固后,其承載力也恢復(fù)到了對(duì)比柱的承載力水平,說(shuō)明預(yù)應(yīng)力CFRP條帶可以有效提高震損柱的承載能力。采用黏結(jié)膠可以減少預(yù)應(yīng)力纖維布的預(yù)應(yīng)力損失,更有利于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的永久加固;混凝土表面經(jīng)過(guò)打磨的試件,其承載力的提高幅度小于未經(jīng)過(guò)打磨處理的試件,產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是:打磨之后,混凝土表面的摩擦力大于未經(jīng)打磨的試件,阻礙了預(yù)應(yīng)力由錨頭端向纖維布中段的傳遞,使預(yù)應(yīng)力在錨具兩側(cè)的位置高度集中,導(dǎo)致了纖維布的斷裂破壞,與試驗(yàn)現(xiàn)象相符合,如圖6所示。表面打磨并采用黏結(jié)膠的預(yù)應(yīng)力CFRP加固試件,在加載過(guò)程中核心混凝土柱與纖維布協(xié)同工作性能良好,從而試件的承載力得以大幅度提高,因此實(shí)際工程中應(yīng)優(yōu)先選用。采用預(yù)應(yīng)力BFRP條帶加固柱的承載力并未明顯提高,其原因在于玄武巖纖維的彈性模量較低,對(duì)核心混凝土提供的主動(dòng)約束力較小。2.3由應(yīng)變變質(zhì)影響圖7為部分試件下部纖維條帶中段的荷載應(yīng)變滯回曲線。加載前預(yù)應(yīng)力纖維條帶已對(duì)混凝土柱體提供了主動(dòng)環(huán)向約束,延緩了加載過(guò)程中斜裂縫的發(fā)生與發(fā)展。試件屈服前,隨著荷載的逐級(jí)增加,橫向纖維布的應(yīng)變略有增大,但增幅較小;在試件屈服后,隨著損傷程度的增大,混凝土橫向膨脹變形增加,進(jìn)而橫向纖維布的拉展程度也越大,對(duì)混凝土的環(huán)向約束力增加,延緩了壓區(qū)混凝土的破壞。由圖7可知,與預(yù)應(yīng)力0.2S碳纖維條帶加固相比,圖8為試件最外側(cè)縱筋荷載的應(yīng)變滯回曲線,可以看出,碳纖維條帶預(yù)應(yīng)力越大,對(duì)核心混凝土的約束越強(qiáng),混凝土與縱筋之間協(xié)同工作就越好,從而縱筋的應(yīng)變發(fā)展和利用率越高;柱體的損傷對(duì)縱筋性能的發(fā)揮有不利影響;預(yù)應(yīng)力玄武巖纖維條帶加固試件的縱筋應(yīng)變發(fā)展程度較小。2.4bfrp條帶加固試驗(yàn)結(jié)果分析各試件的荷載-位移滯回曲線如圖10所示?？梢钥闯?未加固試件Q1的滯回曲線“捏縮”現(xiàn)象明顯,承載力達(dá)到峰值后迅速下降,滯回環(huán)包絡(luò)的面積很小,抗震性能較差;采用預(yù)應(yīng)力CFRP條帶加固后的試件滯回性能均得到不同程度的改善,其滯回環(huán)也變得飽滿,耗能能力顯著提高,塑性變形能力大幅度增長(zhǎng);采用預(yù)應(yīng)力BFRP條帶加固的試件其滯回性能并未得到明顯改善,其滯回曲線與未加固柱基本無(wú)異。表面打磨并采用粘結(jié)膠體的預(yù)應(yīng)力CFRP條帶加固試件的滯回環(huán)最為豐滿,塑性變形能力提高幅度也最大。因此,在實(shí)際加固工程中,應(yīng)優(yōu)先選用這種加固方法。預(yù)損試件采用預(yù)應(yīng)力CFRP條帶加固后,其滯回性能得到了明顯提高,輕微預(yù)損試件和中等預(yù)損試件加固后的滯回曲線比未損傷加固試件更為豐滿,包絡(luò)的面積也更大?？赡艿脑蚴?預(yù)損試件的混凝土已有損傷,產(chǎn)生了許多可見(jiàn)或不可見(jiàn)的細(xì)微裂縫,預(yù)應(yīng)力加固后雖然其部分裂縫閉合,但總有些殘余變形,再進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)混凝土受力后的膨脹變形性能會(huì)比未損傷柱明顯,從而受到碳纖維條帶在一定范圍內(nèi)的更大環(huán)向約束力,使圓墩柱的滯回性能更好。2.5刷膠對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維條帶位移延性的影響定義位移延性系數(shù)μ=Δu/Δy,其中Δu和Δy分別為試件的極限位移和屈服位移,其計(jì)算結(jié)果列于表3,各試件加固前后骨架曲線的比較如圖11所示。可以看出,預(yù)損傷對(duì)試件的延性有不利影響,隨著預(yù)損程度的增加,試件屈服前的加載剛度依次降低,達(dá)到峰值荷載后下降段強(qiáng)度和剛度的退化也依次加快;既打磨又刷膠的表面處理方式在未施加預(yù)應(yīng)力的情況下,其對(duì)位移延性的影響不明顯;單一的打磨或者刷膠對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維條帶加固圓墩柱的位移延性影響不是很大;但是既打磨又刷膠的預(yù)應(yīng)力碳纖維條帶加固圓柱的位移延性系數(shù)達(dá)到了對(duì)比試件的2.20倍,因此,在實(shí)際加固工程中,應(yīng)優(yōu)先采用此種加固方法。在刷膠的工況下,初始應(yīng)力為0.3S的預(yù)應(yīng)力CFRP條帶加固試件的位移延性系數(shù)小于初始應(yīng)力為0.2S的預(yù)應(yīng)力CFRP條帶加固試件,且其下降段強(qiáng)度和剛度的退化也更快,所以CFRP的張拉控制應(yīng)力應(yīng)小于0.2S。預(yù)應(yīng)力玄武巖纖維條帶加固試件的位移延性與未加固的試件相當(dāng),其加固效果并不明顯,實(shí)際工程中應(yīng)當(dāng)慎用。2.6彈性能量py在反復(fù)荷載作用下,加載過(guò)程吸收能量,卸載過(guò)程釋放能量,二者之差為結(jié)構(gòu)在一個(gè)循環(huán)中的能量耗散,其數(shù)值等于一個(gè)滯回環(huán)所包圍的面積。滯回曲線實(shí)測(cè)面積之和等于結(jié)構(gòu)累積耗能,體現(xiàn)著結(jié)構(gòu)的耗能能力。定義平均耗能系數(shù)μc=E/(mEy),其中E為各滯回曲線實(shí)測(cè)面積之和;m為試件屈服后的循環(huán)次數(shù);Ey=PyΔy2?EyEy=ΡyΔy2?Ey為名義彈性能量,Py為屈服荷載。各試件的耗能總量E和平均耗能系數(shù)μc列于表3?？梢钥闯?加固后試件的耗能能力均有不同程度的提高。隨著預(yù)損傷程度的增大,耗能總量和平均耗能系數(shù)依次降低,其中對(duì)預(yù)損嚴(yán)重的試件采用預(yù)應(yīng)力碳纖維條帶加固之后,其耗能總量仍然達(dá)到了未加固試件的3.20倍?？梢?jiàn),采用預(yù)應(yīng)力碳纖維條帶加固震損混凝土圓形墩柱可以恢復(fù)并增強(qiáng)其耗能能力,有效改善其抗震性能。單一的打磨或者刷膠對(duì)預(yù)應(yīng)力碳纖維條帶加固圓柱的耗能能力影響不大。但是對(duì)柱體表面進(jìn)行打磨刷膠處理再進(jìn)行預(yù)應(yīng)力碳纖維條帶加固的補(bǔ)強(qiáng)方式,將混凝土柱體和預(yù)應(yīng)力纖維布黏結(jié)在一起,明顯增強(qiáng)了兩者的協(xié)同整體工作性能,從而該試件耗能能力也大幅度提升。其他工況相同時(shí),預(yù)應(yīng)力為0.3S的CFRP條帶加固試件的耗能總量?jī)H為預(yù)應(yīng)力為0.2S的CFRP條帶加固試件的0.62倍。由此可見(jiàn),過(guò)大的預(yù)應(yīng)力對(duì)CFRP條帶的加固效果具有不利影響。預(yù)應(yīng)力BFRP條帶加固試件的耗能總量和平均耗能系數(shù)均低于未加固柱。其原