影响FRP约束混凝土柱力学性能的参数分析.doc

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1、影响FRP约束混凝土柱力学性能的参数分析 武萍，于峰，贡志刚 （1.安徽工业大学建筑工程学院，马鞍山）（2.马鞍山市工程质量检测中心马鞍山）1引言   通过FRP对混凝土的约束作用，可以显著地提高其承载力和延性。FRP约束混凝柱的应用方式主要两种：一种是用于旧有结构的维修加固，另一种是用于新建结构中。为了合理对FRP约束混凝土柱进行设计，确定混凝土柱的承载力和延性的提高效果是很重要的。早期有些学者直接引用钢筋约束混凝土的模型或钢管混凝土的模型来预测FRP约束混凝土柱的性能，结果表明，计算存在较大的误差。这主要是因为约束机理的不同，钢材是弹塑性材料，

2、在钢材屈服后，其应力保持不变，而应变仍然可以继续增加；而FRP是线弹性材料，在构件发生破坏之前，其应力和应变一直处于增加状态。   由于钢材和FRP约束机理的不同，因此必需建立适合于FRP约束混凝土柱的计算模型。国内外的学者对此开展了大量的试验研究和理论分析，建立了相应的计算模型。但这些模型只是考虑影响FRP约束混凝土柱力学性能一种因素或几种因素的影响。本文通过对已有的大量的试验数据进行分析后，认为影响FRP约束混凝土柱力学性能的因素主要有：混凝土的强度等级、纤维复合材料（FBP）的种类、FRP的厚度和方向、环箍间距、混凝土的截面形状、构件的长细比

3、和尺寸效应、并对这些影响因素进行综述和分析。2影响FRP约束混凝土柱性能的分析2.1凝土强度等级对混凝土柱力学性能的影响   陈世欣对不同强度等级的素混凝土柱包裹FRP的轴心受压试验，结果表明，随着混凝土强度的增加，碳纤维包裹混凝土柱的强度提高程度增大。当混凝土的强度提高到C70时，碳纤维包裹混凝土柱强度提高程度有很大下降。随着混凝士强度等级的增大，混凝土柱的延性系数逐渐减小，这说明混凝土柱强度等级增加，混凝土柱的脆性也增加。吴刚通过对已有试验数据的分析，考虑混凝土强度等级对FRP约束效果的影响，引入了混凝士强度的调整系数。D.T.Niu和F.Yu

4、.对双向FRP管约束混凝土的力学性能进行研究，分析了混凝土的强度等级对混凝土柱强度提高效果的影响，结果表明，随着混凝土强度的增大，FRP约束混凝土的强度提高系数逐渐减小。对于C50以下混凝土强度提高效果比较明显。2.2纤维复合材料（FRP）种类对混凝土柱力学性能的影响   贾明英通过15根外包碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维的混凝土圆柱轴心受压试验，对3种纤维约束混凝上效果进行对比分析。结果表明，碳纤维、芳纶纤维试件破坏形态相似，均属脆性破坏，破坏前没有明显预兆。玻璃纤维试件与前两者不同，接近延性破坏。破坏前试件中部有肉眼可观察到的外鼓，纤维层颜色由均匀

5、的淡蓝色变为不规则的局部白色，同时可听到纤维断裂声音；碳纤维、芳纶纤维的混凝土圆柱强度和延性的提高效果明显，而玻璃纤维混凝土圆柱的强度和延性的提高程度较小。Cole等研究了FRP的种类（AFRP、CFRP和GFRP）对承载力的影响，结果表明，GFRP对试件力学性能的改善最为明显。   吴刚通过对连续玄武岩纤维丝束缠绕与碳纤维布加固混凝土圆形柱抗震性能对比试验，对FRP种类和用量对加固效果的影响进行了研究，结果表明，这两种纤维加固都可以有效提高混凝土圆柱的抗震性能，而玄武岩纤维性价比更好。[-page-]    蒋小青通过CFRP和HFRP加固混凝土

6、圆柱的对比试验，研究了FRP的种类对加固效率的影响。结果表明，1C/2G柱的承载力及纵横向极限应变分别是3C柱的1.01倍、1.71倍和1.88倍，而加固价格仅为后者的58％。2C／3G柱的承载力以及纵横向极限应变分别是3C柱的1.72倍、3.28倍和3.86倍，而加固价格仅为后者的1.16倍。而且由于2C／4G柱的层间匹配更为合理，更加充分发挥了混杂效应，其FRP横向极限应变为1C／2G的2.25倍，并表现出一定的延性。2.3FRP的厚度和方向对混凝土柱力学性能的影响   吴东辉通过对组合结构轴心受压后期强化段力学特征及组分材料相互约束条件的研究

7、，归纳出FRP管与核心混凝土的轴压极限应力预测公式。分析了纤维的缠绕角度对组合结构轴压极限强度的影响。结果表明，纤维缠绕角与组合结构轴压极限强度之间呈现非线性变化状态，且在不同的缠绕角度范围内，轴压极限强度的变化趋势不同，组合结构达到强度极值点的纤维最佳缠绕角为72°。   Mirmiran等研究FRP管（纤维缠绕方向15°）约束混凝土柱的试验研究，FRP管的厚度分别为6层、10层、14层，试验结果表明，随着纤维材料厚度增加，试件的承载力和延性逐渐增加。   Rochette等研究了纤维材料的厚度和截面形状对FRP约束混凝土柱承载力影响，结果表明，

8、缠绕5层FRP（15°／0°）试件比环向缠绕4层的试件承载力提高程度大，但是延性却降低了。因此，5层（15°／O°）试件的