FRP約束鋼筋混凝土柱的承載性能研究.pdf

1、纖維增強復(fù)合材料（FRP）具有高強、輕質(zhì)、耐腐蝕和施工方便等優(yōu)點，近年來在混凝土結(jié)構(gòu)修復(fù)加固領(lǐng)域已開始得到較為廣泛的應(yīng)用。FRP較為合理的應(yīng)用形式之一是用其環(huán)向?qū)炷潦┘蛹s束，從而形成FRP約束混凝土，提高構(gòu)件的抗壓承載力以及其延性性能。
　　目前，國內(nèi)外許多學(xué)者對 FRP約束混凝土進(jìn)行了研究，得到了很多有用的結(jié)論和有價值的試驗數(shù)據(jù)。在取得了豐碩的研究成果的同時，我們也看到現(xiàn)在對 FRP約束混凝土的研究所存在的問題：第一，截面形

2、狀的研究以圓形截面為主，方形倒角截面研究較少，而在工程實際當(dāng)中，存在大量的方形截面柱，并且 FRP約束方形截面柱還存在應(yīng)力集中問題，根據(jù)這種受力特點本文認(rèn)為需對截面形式進(jìn)行改良，對矩形或方形截面進(jìn)行圓弧化處理，從而減小應(yīng)力集中問題。第二，盡管對于FRP約束混凝土短柱的研究很多，但是各個學(xué)者在計算方法上尚未有統(tǒng)一的認(rèn)識，而且對于各家提出的計算方法也很少見到關(guān)于可靠度的報道。第三，在應(yīng)力－應(yīng)變曲線的研究上，用哪個參數(shù)來表達(dá) FRP約束混凝土

3、的約束量與混凝土的幾何特性和物理特性之間匹配關(guān)系，以及到底采用分段式還是單一函數(shù)形式的表達(dá)式較好。第四，國內(nèi)外目前的研究主要集中在短柱軸心受壓的力學(xué)性能，而對中長柱軸心受壓、偏心受壓研究較少。而在工程中還存在大量的中長柱和偏心受壓柱，因此為了更廣范的應(yīng)用 FRP約束混凝土柱，對其開展系統(tǒng)的研究是十分必要的。
　　為了了解方形倒角截面的約束混凝土的基本力學(xué)性能，本文對8個FRP約束混凝土方形倒角截面軸心受壓短柱進(jìn)行了試驗研究并結(jié)合國

4、內(nèi)外的試驗資料研究分析了不同包裹量和不同混凝土強度的構(gòu)件力學(xué)性能，結(jié)果表明：構(gòu)件的應(yīng)力－應(yīng)變曲線的特點是過渡段較長，這個特點與圓形截面和圓弧化截面是有差別的。同時采用有限元計算軟件 ABQUS分析了方形倒角截面和圓形截面構(gòu)件的力學(xué)性能，分析模擬過程考慮了不同混凝土強度、不同包裹量對構(gòu)件承載力的影響，理論計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好。同時對反映約束量與混凝土的幾何特性和物理特性之間匹配關(guān)系的參數(shù)進(jìn)行了討論，并利用有限元計算對約束剛度比 jβ

5、的適用性進(jìn)行了論證。在此基礎(chǔ)上結(jié)合大量的國內(nèi)外試驗數(shù)據(jù)，對 FRP約束混凝土應(yīng)力－應(yīng)變模型中的參數(shù)進(jìn)行回歸分析，并得出不同截面形狀約束混凝土應(yīng)力－應(yīng)變模型參數(shù)。把回歸參數(shù)帶入到 Richard模型和滕錦光模型計算，并與試驗應(yīng)力－應(yīng)變曲線進(jìn)行對比，結(jié)果表明，采用本文回歸的參數(shù)帶入到不同的模型中，均可得到與試驗結(jié)果吻合較好的應(yīng)力－應(yīng)變曲線。論文還利用有限元計算軟件 ABQUS進(jìn)行了參數(shù)分析，并根據(jù)有限元計算數(shù)據(jù)回歸出不同截面形狀的約束混凝土

6、的應(yīng)力－應(yīng)變模型參數(shù)，與根據(jù)試驗數(shù)據(jù)回歸的參數(shù)公式計算結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果吻合較好。
　　為了了解 FRP約束鋼筋混凝土軸心受壓中長柱的力學(xué)性能，為偏心受壓中長柱的研究做鋪墊，本文進(jìn)行了10根 FRP約束鋼筋混凝土圓弧化截面軸心受壓中長柱的試驗研究和9根 FRP約束鋼筋混凝土方形倒角截面軸心受壓中長柱的試驗研究，分析了它的工作機理。并得到了不同截面軸心受壓中長柱的穩(wěn)定系數(shù)回歸計算公式，從而提出 FRP約束鋼筋混凝土軸心受壓中長柱的承

7、載力計算公式。
　　針對工程中存在大量偏心受壓柱，本文進(jìn)行了20根 FRP約束鋼筋混凝土圓弧化截面偏心受壓中長柱的試驗研究和18根 FRP約束鋼筋混凝土方形倒角截面偏心受壓中長柱的試驗研究。對其承載力進(jìn)行了理論分析，討論了偏心距增大系數(shù)的取值，并得出承載力計算公式。本文還利用經(jīng)驗系數(shù)法給出了偏心受壓構(gòu)件的承載力計算公式的簡化計算方法。
　　最后，本文利用 JC法編寫的MATLAB程序，對本文提出的FRP約束鋼筋混凝土不同截面