混雜FRP加固混凝土柱軸壓性能研究.pdf

1、纖維復(fù)合材料(FRP)以其高強(qiáng)度、高剛度、優(yōu)異的耐腐蝕性、良好的抗疲勞性能在混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和加固中得以廣泛應(yīng)用，其中一個(gè)主要的應(yīng)用是對(duì)混凝土柱整體加固以提高其強(qiáng)度和延性。但纖維的性能、鋪層方式及加固工藝等因素對(duì)混凝土柱軸壓性能的影響及其規(guī)律尚不十分清楚。本文的研究工作正是基于這一現(xiàn)實(shí)狀況而開展的，本文的主要研究?jī)?nèi)容、方法及結(jié)論如下：
　　 1.通過FRP加固混凝土柱的軸心載荷試驗(yàn)，分析混凝土柱的破壞形式和受力機(jī)制，研究FRP加固

2、后的強(qiáng)度和變形的改善效果，對(duì)纖維材料的種類、纖維直徑、纖維布的厚度以及包纏層數(shù)對(duì)包纏效果的影響進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，粗玻璃纖維的包纏效果要明顯好于使用細(xì)玻璃纖維，碳纖維的包纏效果優(yōu)于玻璃纖維和芳綸纖維；隨著包纏層數(shù)的增多，混凝土柱加固的效果也越好；厚玻璃纖維布比薄玻璃纖維布具有更好地增強(qiáng)效果；混雜纖維由于綜合各種纖維的優(yōu)勢(shì)于一體，使用其對(duì)混凝土柱進(jìn)行約束時(shí)，能夠更有效的提高混凝土柱的延性與承載力；混凝土柱的延性提高則進(jìn)一步提升混

3、凝土柱的軸心抗壓強(qiáng)度，柱體延性提高的多少與纖維的強(qiáng)度的具有較大的關(guān)系。
　　 2.采用有限元軟件對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固混凝土柱軸壓性能進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，在模擬計(jì)算中采用加載面節(jié)點(diǎn)耦合，建立剛性區(qū)域的方法，使得有限元模型建立較為便捷，減少了計(jì)算單元，并使得SOLID65單元容易收斂，并將實(shí)際試驗(yàn)測(cè)定的結(jié)果和模擬計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，ANSYS模擬計(jì)算方法及建立的有限元模型模擬計(jì)算纖維布加固混凝土的力學(xué)性能是可行的，這種

4、建立有限元模型模擬纖維復(fù)合材料加固混凝土的方法只適用于混凝土被壓碎前。
　　 3.在己驗(yàn)證的有限元所建模型的基礎(chǔ)上，通過建立具有針對(duì)性的纖維復(fù)合材料加固混凝土實(shí)驗(yàn)的有限元計(jì)算模型，重點(diǎn)分析各種參數(shù)的變化對(duì)混凝土應(yīng)力應(yīng)變性性能以及纖維破壞分布的影響。研究了加固碳纖維的層數(shù)、加固方向?qū)庸虒拥耐暾?、混凝土柱的變形、剛度及軸向應(yīng)力的影響規(guī)律。結(jié)果表明，纖維復(fù)合材料加固阻礙了混凝土的橫向變形，并且當(dāng)混凝土柱生成裂紋時(shí)，纖維復(fù)合材料對(duì)混

5、凝土的裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展有一定的阻礙作用，提高了混凝土柱的極限強(qiáng)度；碳纖維沿軸向粘結(jié)時(shí)，粘結(jié)3層的完整性大于2層的，粘結(jié)4層和3層的完整性相差很小，且隨著粘結(jié)層數(shù)的增加，纖維層完整性的提高速度變緩；碳纖維在90°方向加固混凝土?xí)r，混凝土在受載起始階段保持彈性變形，當(dāng)彈性變形達(dá)到一定程度后，混凝土開始發(fā)生塑性變形，而碳纖維在0°方向加固混凝土?xí)r，粘結(jié)碳纖維復(fù)合材料使得整體的混凝土柱的變形基本保持在彈性范圍內(nèi)，沒有發(fā)生屈服也沒有較為明顯的塑性

6、變形區(qū)域；在設(shè)計(jì)混凝土加固鋪層時(shí)，在相同載荷下，鋪設(shè)0°方向的纖維層可以提高混凝土軸向的剛度，降低壓縮位移，鋪設(shè)90°方向的纖維層可以提高混凝土軸向應(yīng)力。
　　 4.混雜復(fù)合材料使復(fù)合材料設(shè)計(jì)具有更大的優(yōu)越性與靈活性，本文通過改變纖維類型和纖維鋪設(shè)角度來(lái)研究碳纖維和玻璃纖維的混雜鋪層加固混凝土的方式，對(duì)比分析了不同的混雜方式對(duì)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固混凝土力學(xué)性能的影響，并從受載強(qiáng)度的角度初步給出優(yōu)化的混雜鋪層方式。結(jié)果表明，玻纖/