影響FRP約束混凝土柱力學(xué)性能的參數(shù)分析.doc

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1、影響FRP約束混凝土柱力學(xué)性能的參數(shù)分析?武萍，于峰，貢志剛?（1.安徽工業(yè)大學(xué)建筑工程學(xué)院，馬鞍山）（2.馬鞍山市工程質(zhì)量檢測(cè)中心馬鞍山）1引言???通過FRP對(duì)混凝土的約束作用，可以顯著地提高其承載力和延性。FRP約束混凝柱的應(yīng)用方式主要兩種：一種是用于舊有結(jié)構(gòu)的維修加固，另一種是用于新建結(jié)構(gòu)中。為了合理對(duì)FRP約束混凝土柱進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定混凝土柱的承載力和延性的提高效果是很重要的。早期有些學(xué)者直接引用鋼筋約束混凝土的模型或鋼管混凝土的模型來預(yù)測(cè)FRP約束混凝土柱的性能，結(jié)果表明，計(jì)算存在較大的誤差。這主要是因?yàn)榧s束機(jī)理的不同，鋼材是彈塑性材料，

2、在鋼材屈服后，其應(yīng)力保持不變，而應(yīng)變?nèi)匀豢梢岳^續(xù)增加；而FRP是線彈性材料，在構(gòu)件發(fā)生破壞之前，其應(yīng)力和應(yīng)變一直處于增加狀態(tài)。???由于鋼材和FRP約束機(jī)理的不同，因此必需建立適合于FRP約束混凝土柱的計(jì)算模型。國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)此開展了大量的試驗(yàn)研究和理論分析，建立了相應(yīng)的計(jì)算模型。但這些模型只是考慮影響FRP約束混凝土柱力學(xué)性能一種因素或幾種因素的影響。本文通過對(duì)已有的大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，認(rèn)為影響FRP約束混凝土柱力學(xué)性能的因素主要有：混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、纖維復(fù)合材料（FBP）的種類、FRP的厚度和方向、環(huán)箍間距、混凝土的截面形狀、構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比

3、和尺寸效應(yīng)、并對(duì)這些影響因素進(jìn)行綜述和分析。2影響FRP約束混凝土柱性能的分析2.1凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)混凝土柱力學(xué)性能的影響???陳世欣對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的素混凝土柱包裹FRP的軸心受壓試驗(yàn)，結(jié)果表明，隨著混凝土強(qiáng)度的增加，碳纖維包裹混凝土柱的強(qiáng)度提高程度增大。當(dāng)混凝土的強(qiáng)度提高到C70時(shí)，碳纖維包裹混凝土柱強(qiáng)度提高程度有很大下降。隨著混凝士強(qiáng)度等級(jí)的增大，混凝土柱的延性系數(shù)逐漸減小，這說明混凝土柱強(qiáng)度等級(jí)增加，混凝土柱的脆性也增加。吳剛通過對(duì)已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，考慮混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)FRP約束效果的影響，引入了混凝士強(qiáng)度的調(diào)整系數(shù)。D.T.Niu和F.Yu

4、.對(duì)雙向FRP管約束混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行研究，分析了混凝土的強(qiáng)度等級(jí)對(duì)混凝土柱強(qiáng)度提高效果的影響，結(jié)果表明，隨著混凝土強(qiáng)度的增大，F(xiàn)RP約束混凝土的強(qiáng)度提高系數(shù)逐漸減小。對(duì)于C50以下混凝土強(qiáng)度提高效果比較明顯。2.2纖維復(fù)合材料（FRP）種類對(duì)混凝土柱力學(xué)性能的影響???賈明英通過15根外包碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維的混凝土圓柱軸心受壓試驗(yàn)，對(duì)3種纖維約束混凝上效果進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明，碳纖維、芳綸纖維試件破壞形態(tài)相似，均屬脆性破壞，破壞前沒有明顯預(yù)兆。玻璃纖維試件與前兩者不同，接近延性破壞。破壞前試件中部有肉眼可觀察到的外鼓，纖維層顏色由均勻

5、的淡藍(lán)色變?yōu)椴灰?guī)則的局部白色，同時(shí)可聽到纖維斷裂聲音；碳纖維、芳綸纖維的混凝土圓柱強(qiáng)度和延性的提高效果明顯，而玻璃纖維混凝土圓柱的強(qiáng)度和延性的提高程度較小。Cole等研究了FRP的種類（AFRP、CFRP和GFRP）對(duì)承載力的影響，結(jié)果表明，GFRP對(duì)試件力學(xué)性能的改善最為明顯。???吳剛通過對(duì)連續(xù)玄武巖纖維絲束纏繞與碳纖維布加固混凝土圓形柱抗震性能對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)FRP種類和用量對(duì)加固效果的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，這兩種纖維加固都可以有效提高混凝土圓柱的抗震性能，而玄武巖纖維性價(jià)比更好。[-page-]????蔣小青通過CFRP和HFRP加固混凝土

6、圓柱的對(duì)比試驗(yàn)，研究了FRP的種類對(duì)加固效率的影響。結(jié)果表明，1C/2G柱的承載力及縱橫向極限應(yīng)變分別是3C柱的1.01倍、1.71倍和1.88倍，而加固價(jià)格僅為后者的58％。2C／3G柱的承載力以及縱橫向極限應(yīng)變分別是3C柱的1.72倍、3.28倍和3.86倍，而加固價(jià)格僅為后者的1.16倍。而且由于2C／4G柱的層間匹配更為合理，更加充分發(fā)揮了混雜效應(yīng)，其FRP橫向極限應(yīng)變?yōu)?C／2G的2.25倍，并表現(xiàn)出一定的延性。2.3FRP的厚度和方向?qū)炷林W(xué)性能的影響???吳東輝通過對(duì)組合結(jié)構(gòu)軸心受壓后期強(qiáng)化段力學(xué)特征及組分材料相互約束條件的研究

7、，歸納出FRP管與核心混凝土的軸壓極限應(yīng)力預(yù)測(cè)公式。分析了纖維的纏繞角度對(duì)組合結(jié)構(gòu)軸壓極限強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，纖維纏繞角與組合結(jié)構(gòu)軸壓極限強(qiáng)度之間呈現(xiàn)非線性變化狀態(tài)，且在不同的纏繞角度范圍內(nèi)，軸壓極限強(qiáng)度的變化趨勢(shì)不同，組合結(jié)構(gòu)達(dá)到強(qiáng)度極值點(diǎn)的纖維最佳纏繞角為72°。???Mirmiran等研究FRP管（纖維纏繞方向15°）約束混凝土柱的試驗(yàn)研究，F(xiàn)RP管的厚度分別為6層、10層、14層，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著纖維材料厚度增加，試件的承載力和延性逐漸增加。???Rochette等研究了纖維材料的厚度和截面形狀對(duì)FRP約束混凝土柱承載力影響，結(jié)果表明，

8、纏繞5層FRP（15°／0°）試件比環(huán)向纏繞4層的試件承載力提高程度大，但是延性卻降低了。因此，5層（15°／O°）試件的