玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料約束混凝土及抗震性能研究.pdf

1、玄武巖纖維具有較高的比強(qiáng)度和比模量，耐高溫低熱和耐酸堿腐蝕性好，性價(jià)比高。我國(guó)在玄武巖礦藏資源上擁有巨大的優(yōu)勢(shì)，隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提升開發(fā)出了一系列性能穩(wěn)定的玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（BFRP）制品，并大力推廣其在土木工程領(lǐng)域中的應(yīng)用。目前在對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的加固改造和對(duì)新建結(jié)構(gòu)的性能增強(qiáng)中，關(guān)于BFRP增強(qiáng)混凝土軸壓性能與抗震性能的設(shè)計(jì)方法還沿用了以往針對(duì)碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）、玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(GFRP)等常用FRP所提出的模型

2、，存在著一些不足:對(duì)BFRP約束混凝土?xí)r的實(shí)際斷裂應(yīng)變?nèi)狈α私?忽略尺寸效應(yīng)的影響導(dǎo)致性能預(yù)測(cè)的偏差;對(duì)BFRP復(fù)合加固鋼筋混凝土柱缺乏理論指導(dǎo)等等。因此，針對(duì)BFRP約束增強(qiáng)混凝土軸壓性能以及BFRP復(fù)合加固提高鋼筋混凝土抗震性能方面，亟需更多的試驗(yàn)和理論研究。
　　在BFRP約束研究方面，試驗(yàn)研究了BFRP約束混凝土圓柱的軸壓性能，采用了國(guó)際先進(jìn)的360°全周變形測(cè)量系統(tǒng)觀測(cè)試件的變形，探討了尺寸效應(yīng)的影響，提出了適用于所有F

3、RP種類的軸壓應(yīng)力-應(yīng)變模型;在BFRP復(fù)合加固方面，采取試驗(yàn)研究與軟件模擬相結(jié)合的方式，分析了嵌入式BFRP筋與BFRP約束對(duì)鋼筋混凝土柱抗震性能的共同作用。本文具體的研究?jī)?nèi)容及成果包括:
　　(1)共測(cè)試了213個(gè)圓柱試件的軸壓性能，其中BFRP約束試件147個(gè)，素混凝土試件66個(gè)。試件混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30和C50;長(zhǎng)徑比均為2.0;直徑分別為102mm、150mm、190mm、300mm和385mm; BFRP包裹層數(shù)0.

4、5～9層。試件均因BFRP突然斷裂而破壞，軸壓性能隨側(cè)向約束強(qiáng)度比的增大和外形尺寸的減小而得到提高，各項(xiàng)性能提高的幅度隨著混凝土強(qiáng)度的增大而減小。
　　(2)采用360°全周變形測(cè)量系統(tǒng)觀測(cè)加載過(guò)程中試件的變形，并使用3D DIC軟件處理照片計(jì)算得到試件的全周變形和應(yīng)變。分析試件周身環(huán)向應(yīng)變場(chǎng)云圖后發(fā)現(xiàn)，環(huán)向應(yīng)變的分布與混凝土強(qiáng)度、側(cè)向約束強(qiáng)度（或剛度）、試件尺寸、甚至條帶的局部包裹有關(guān)。對(duì)非搭接區(qū)域內(nèi)柱高中部1/3范圍的BFRP

5、環(huán)向應(yīng)變平均值提出考慮了混凝土強(qiáng)度、側(cè)向約束剛度比和尺寸效應(yīng)的預(yù)測(cè)模型。經(jīng)對(duì)比驗(yàn)證該模型較現(xiàn)有模型的精度更高。
　　(3)對(duì)比分析了尺寸效應(yīng)對(duì)BFRP約束圓柱軸壓性能的影響，結(jié)果表明:試件的破壞模式不具有尺寸效應(yīng);BFRP約束的強(qiáng)、弱作用不具備明顯的尺寸效應(yīng);軸壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀具有一定尺寸效應(yīng);應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)和極限點(diǎn)的應(yīng)力、應(yīng)變均具有較明顯的尺寸效應(yīng)。隨后提出了確定尺寸效應(yīng)的4步驟分析法。
　　(4)研究了BF

6、RP約束混凝土圓柱的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，提出了強(qiáng)、弱約束效果的判定公式;利用四步驟分析法分別提出了考慮尺寸效應(yīng)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)應(yīng)力、極限點(diǎn)應(yīng)力和極限點(diǎn)應(yīng)變的預(yù)測(cè)模型。經(jīng)驗(yàn)證這些模型對(duì)其他FRP同樣適用，且相對(duì)現(xiàn)有模型具有一定優(yōu)勢(shì)。此后建立FRP約束混凝土方柱數(shù)據(jù)庫(kù)，利用約束圓柱中尺寸效應(yīng)因子提出應(yīng)力、應(yīng)變預(yù)測(cè)模型。
　　(5)采用BFRP筋和布復(fù)合加固鋼筋混凝土柱并測(cè)試其抗震性能，設(shè)計(jì)的變量為BFRP筋的直徑和錨固長(zhǎng)度，和BFRP外包層數(shù)。分