高性能CFRP筋增強混凝土柱受壓及抗震性能的研究.pdf

1、國內(nèi)外學者研究認為用纖維增強聚合物筋(FRP筋，F(xiàn)iber Reinforced Polymer Tendon)取代鋼筋用于增強混凝土結(jié)構(gòu)是解決鋼筋銹蝕行之有效的方法，它不但可以解決由于鋼筋腐蝕引起的混凝土耐久性問題，而且滿足某些結(jié)構(gòu)的特殊使用要求，如抗電磁干擾要求。近年來，關(guān)于FRP筋的研制及FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)的研究已逐漸成為了土木工程界的熱點之一，并且這種新型結(jié)構(gòu)已開始在沿海地區(qū)的結(jié)構(gòu)工程中、城市地鐵工程中得到應(yīng)用。然而，至今還沒有

2、相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范和應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，因此，對FRP筋增強混凝土結(jié)構(gòu)的性能及應(yīng)用技術(shù)研究已是十分迫切。 由于FRP筋的受壓性能不如其受拉性能，并且國內(nèi)外對FRP筋受壓性能及FRP筋混凝土柱性能的研究還非常少。因此，本文將重點開展CFRP筋的受壓性能及CFRP筋混凝土柱受力性能及抗震性能的試驗研究和理論分析，提出CFRP筋增強混凝土柱的計算理論和設(shè)計方法。 FRP筋受壓性能的測試較困難，至今還沒有統(tǒng)一的測試方法與標準。通過研究給出

3、了一種新的洲試方法，分別測試了兩種CFRP縱筋在正常使用環(huán)境下和人工海水浸泡環(huán)境下的受壓和受拉性能。采用本文測試方法測得的CFRP筋材料性能數(shù)據(jù)能更真實地反映CFRP筋的實際受壓性能。 為了開展全CFRP筋混凝土柱的研究，即混凝土柱的縱筋和箍筋均采用CFRP筋，本次研究專門研發(fā)了一種新型的CFRP箍筋和一種新型CFRP縱筋，經(jīng)測試其材料性能已達到國外同類產(chǎn)品的要求。 通過5根CFRP筋混凝土矩形柱的軸心受壓試驗，研究了這

4、種新型混凝土柱的受力特點，重點分析了CFRP縱筋的配筋率及CFRP箍筋間距對柱承載力的貢獻及影響。試驗結(jié)果表明，CFRP筋混凝土軸心受壓柱首先發(fā)生混凝土壓碎破壞，在混凝土被壓碎之后如繼續(xù)加載，則CFRP箍筋或縱筋可能發(fā)生破裂或破斷。CFRP縱筋對其承載力提高有一定的貢獻，但可利用的強度有限；CFRP箍筋間距較密時，對承載力有利，但當超過一定范圍后，對承載力的影響可以忽略?；谠囼炑芯康慕Y(jié)果，對CFRP筋混凝土軸心受壓柱進行了較深入的受壓

5、全過程分析，探討了CFRP筋混凝土軸心受壓柱的承載力計算方法及構(gòu)造要求。采用本文方法得到的試件承載力理論值與試驗結(jié)果吻合良好。此外，在已有鋼筋箍筋和外貼CFRP布約束混凝土矩形柱的研究基礎(chǔ)上，對CFRP箍筋約束混凝土的受力機理及約束性能進行了較深入的分析。 通過14根CFRP筋混凝土矩形柱的偏心受壓試驗，考察了配筋率、混凝土強度、偏心距和長細比等參數(shù)對其受力性能的影響。試驗結(jié)果表明，CFRP筋混凝土偏心受壓柱具有較高的承載力和較

6、好的變形恢復性能；以混凝土壓碎為破壞模式的CFRP筋混凝土偏心受壓柱，在破壞前有明顯的預兆。 由于CFRP筋與鋼筋材料性能的差異，現(xiàn)有的鋼筋混凝土偏心受壓柱的計算理論不能直接用于CFRP筋混凝土偏心受柱的設(shè)計計算。在試驗研究基礎(chǔ)上，提出了CFRP筋混凝土偏心受壓柱的承載力計算理論、設(shè)計方法。給出了用破壞模式和CFRP筋的受力狀態(tài)作為承載力計算的分界點的承載力計算方法，并用界限配筋率作為CFRP筋混凝土柱最小配筋率的限制條件。

7、 分析了CFRP筋混凝土柱截面承載力M<,u>-N<,u>關(guān)系曲線的特征及其影響因素；分析結(jié)果表明，M<,u>-N<,u>曲線形態(tài)受配筋率、長細比、偏心率及CFRP筋材料性能等因素影響，不一定出現(xiàn)類似于鋼筋混凝土柱的大、小偏心界限破壞點，它有可能出現(xiàn)多個分界點，這是CFRP筋混凝土柱與鋼筋混凝土柱明顯的不同之處。并通過參數(shù)分析，給出了這些分界點的簡便確定方法。 由于鋼筋混凝土柱考慮二階效應(yīng)對承載力影響的計算方法不適用地于CF

8、RP筋混凝土柱，因此，通過對CFRP筋混凝土偏心受壓柱進行全過程的受力分析和二階效應(yīng)影響參數(shù)的分析，研究了各個參數(shù)對其側(cè)向撓度的影響，并建議用偏心距增大值考慮二階效應(yīng)對其承載力的影響，給出了偏心距增大值的計算公式。用該方法計算試件承載力，其結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。并針對CFRP縱筋材料性能的特點，分析了CFRP筋混凝土偏心受壓柱截面內(nèi)CFRP筋受力狀態(tài)與偏心率的關(guān)系，探討了截面內(nèi)CFRP筋應(yīng)力的簡化計算方法和經(jīng)濟配筋率。 此外，

9、通過4根CFRP筋混凝土柱的低周反復擬靜力試驗，研究了CFRP筋混凝土柱的抗震性能及模擬受震損傷并經(jīng)修復后的CFRP筋混凝土柱的抗震性能，考察了軸壓比和CFRP筋體積配箍率對CFRP筋混凝土柱抗震性能的影響。重點分析了試驗構(gòu)件的柱頂水平荷載與相應(yīng)位移的滯回曲線、變形性能、耗能性能、承載力退化和剛度退化等。較深入地分析了CFRP筋混凝土柱的骨架曲線，給出了建議的恢復力模型及其相應(yīng)的計算方法，基本掌握了CFRP筋增強混凝土柱的抗震性能。