轴向荷载作用下碳纤维布约束损伤混凝土能量耗散试验研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20240228.012

摘要/Abstract

摘要： 本文对碳纤维布约束损伤混凝土在轴向荷载作用下的力学性能开展试验研究。设计了混凝土损伤度、碳纤维布层数及碳纤维布缠绕角度三种变量,通过试验结果分析了三种变量对碳纤维布约束混凝土应力-应变曲线、峰值应力、耗能效果及机械损伤度的影响规律。试验结果表明:相较于未损伤试件,0.4σ_m(σ_m为未损伤混凝土试件单轴抗压强度)、0.5σ_m、0.6σ_m、0.7σ_m应力幅值损伤下素混凝土损伤度均值分别为7.24%、14.86%、25.31%、36.66%,损伤度与损伤应力幅值间指数函数呈现良好的正相关。碳纤维布的约束作用增强试件峰值应力及延性,0.4σ_m损伤应力作用后,相较于未粘贴碳纤维布试件,粘贴1,2,3层碳纤维布试件峰值应力增幅分别为34.99%、55.16%、64.42%,碳纤维布粘贴层数与峰值应力间指数函数呈负相关,过量的纤维布使试件应力增幅不再明显。碳纤维布缠绕角度的增大使试件单位体积耗散能线性降低,缠绕角度的增大降低了荷载作用下试件的承载效果。应力损伤幅值的增大使试件机械损伤度降低,碳纤维布层数的增加使试件机械损伤度增加,纤维布的约束保护作用极大提升了试件的耗能效果。

关键词: 损伤混凝土, 碳纤维布, 损伤度, 峰值应力, 耗能密度, 机械损伤度, 复合材料

Abstract: This paper conducts an experimental study on the mechanical properties of carbon fiber fabric-confined damaged concrete under axial loading. Three variables of concrete damage degree, the number of carbon fiber cloth layers and carbon fiber cloth winding angle were designed, and the influence laws of the three variables on the stress-strain curve, peak stress, energy dissipation effect and mechanical damage degree of carbon fiber cloth confined concrete were analyzed by the test results. The test results show that compared to undamaged specimens, the mean values of damage to plain concrete under 0.4σ_m(σ_m is the uniaxial compressive strength of undamaged concrete specimens), 0.5σ_m, 0.6σ_m, and 0.7σ_m stress amplitude damage are 7.24%, 14.86%, 25.31%, and 36.66%, respectively. There is a good exponential function positive correlation between the damage degree and the damage stress amplitude. The confining effect of carbon fiber cloth enhances the peak stress and ductility of the specimen. After 0.4σ_m damage stress, compared with the specimens without carbon fiber cloth, the increase of peak stress in the specimens with 1, 2 and 3 layers was 34.99%, 55.16% and 64.42%. There is a negative correlation between the number of layers of carbon fiber cloth and the peak stress as a function of exponential, and the excessive amount of fiber cloth makes the stress increase in the specimen no longer obvious. The increase of the winding angle of carbon fiber cloth reduces the dissipation energy per unit volume of the specimen linearly, and the increase of the winding angle reduces the bearing effect of the fiber cloth in the specimen under the load. The increase of the stress damage amplitude reduces the mechanical damage of the specimen, the increase of the number of layers of carbon fiber cloth increases the mechanical damage of the specimen, and the restraint and protection effect of the fiber cloth greatly enhances the energy dissipation effect of the specimen.

Key words: damage concrete, carbon fiber cloth, degree of damage, peak stress, energy dissipation density, mechanical damage degree, composite material

中图分类号:

TB332

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