研究BFRP約束鋼筋混凝土方柱強(qiáng)度及其應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系

王約發(fā)

摘 要：分析BFRP約束混凝土方柱的受力情況，在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，闡述了影響B(tài)FRP約束混凝土力學(xué)性能的參數(shù)，分析BFRP約束鋼筋混凝土方柱的強(qiáng)度比和含纖特征值關(guān)系，含纖特征值和峰值應(yīng)變的關(guān)系，含纖特征值和極限應(yīng)變的關(guān)系，得出對(duì)于應(yīng)力和應(yīng)變都有極大的影響。

關(guān)鍵詞：BFRP 混凝土方柱

中圖分類號(hào)：TU377 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（b）-0049-02

The Study on BFRP confined Concrete Square Column Strength and Stress-Strain Relation

Wang Yuefa

（zhongshan City，Guangdong Central Environmental Engineering Co，Ltd，Zhongshan Guangdong，528400，China）

Abstract：Stress analysis of BFRP confined concrete square columns， on the basis of the experiment， data analysis， elaborated the influence parameters of concrete mechanical properties of BFRP constraints， analysis of BFRP confined reinforced concrete columns with fiber strength and characteristic values， with the relationship between the fiber characteristic value and peak strain， with the relationship between the fiber characteristics value and the ultimate strain， it has great influence on the stress and strain.

Key Words：BFRP；Square Concrete Column；

FRP（fiber reinforced polymer or plastics纖維增強(qiáng)復(fù)合材料）在土木工程中的結(jié)構(gòu)加固、修復(fù)上的應(yīng)用日益廣泛，主要因其具備高的比強(qiáng)度、好的抗疲勞性能、好的減震性能以及抗腐耐久等優(yōu)良性能。但是FRP組合混凝土構(gòu)件的理論研究遠(yuǎn)滯后于其實(shí)踐應(yīng)用，目前關(guān)于FRP加固、修復(fù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)大多停留在依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、類似鋼管約束混凝土機(jī)理以及經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，這是一種不科學(xué)甚至不安全的措施[1]。故有必要對(duì)FRP組合混凝土構(gòu)件的破壞機(jī)理、本構(gòu)模型等最基本的理論問(wèn)題加以探討。在混凝土柱的加固中應(yīng)用FRP的約束作用來(lái)提高其抗力和改善其變形性能受到了工程界的廣泛重視，為此，許多學(xué)者對(duì)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(jià)值的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 BFRP約束混凝土方柱軸心受壓力學(xué)性能

1.1 BFRP約束方柱混凝土工作機(jī)理

約束混凝土方柱軸心受壓力學(xué)性能分析纖維約束混凝土方柱軸心受壓力學(xué)性能根據(jù)己有的試驗(yàn)研究可知，纖維約束混凝土與箍筋約束混凝土機(jī)理相似，都是通過(guò)其環(huán)向約束力對(duì)核心混凝土進(jìn)行約束。當(dāng)試件受壓時(shí)，混凝土產(chǎn)生橫向膨脹變形，導(dǎo)致纖維布片材受拉，在試件截面四邊的直線段，由于纖維布片材的剛度極小而產(chǎn)生水平彎曲，因此對(duì)試件混凝土的約束很??；但在截面轉(zhuǎn)角處相對(duì)剛度大，不易產(chǎn)生水平彎曲，由于對(duì)稱性使兩個(gè)互相垂直方向上的片拉力形成沿對(duì)角線（45”）上的合力，該合力對(duì)混凝土柱對(duì)角線形成強(qiáng)有力的約束。因此，纖維約束矩形截面構(gòu)件時(shí)，柱混凝土所受的側(cè)向約束力是沿對(duì)角線方向上的集中擠壓和沿截面水平分布的很小的橫向約束力。由此可見，纖維對(duì)混凝土的約束作用沿混凝土柱側(cè)面不是均勻分布的，在截面拐角處最大，在截面的中間最小。

1.2 BFRP約束方柱混凝土的研究現(xiàn)狀

影響B(tài)FRP約束混凝土力學(xué)性能的參數(shù)主要有以下幾個(gè)：BFRP的包裹量、混凝土強(qiáng)度、纖維類型、纖維包裹方式。雖然BFRP加固技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，但由于起步較晚，到目前為止，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，都存在著理論落后于實(shí)際應(yīng)用的狀況，并且尚缺乏一套完整的、較為完善的理論分析方法。

1.3 BFRP纖維約束方柱混凝土的強(qiáng)度和變形

1.3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)概況

隨著纖維加固技術(shù)的不斷發(fā)展，碳纖維加固技術(shù)已經(jīng)在工程實(shí)際中大量使用，并取得很好的效果。近年來(lái)國(guó)內(nèi)在碳纖維約束混凝土方面的研究已有較多的研究并取得了很多成果。

隨著纖維加固技術(shù)的不斷發(fā)展，碳纖維加固技術(shù)已經(jīng)在工程實(shí)際中大量使用，并取得很好的效果。

主要參數(shù)有：混凝土立方體強(qiáng)度f(wàn)cu、包裹層數(shù)n、碳纖維抗拉強(qiáng)度、碳纖維布加固率、含纖特征值、未約束混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和峰值應(yīng)變、碳纖維約束混凝土峰值應(yīng)力、峰值應(yīng)變：以及極限應(yīng)變。含纖特征值，即，經(jīng)過(guò)計(jì)算變化范圍為0.052-1.038。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

1.3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)中，大部分試件都是因?yàn)榻遣坷w維布的拉斷而破壞，說(shuō)明雖然對(duì)混凝土試件做了倒角處理，但角部依然存在不同程度的應(yīng)力集中；不同層數(shù)包裹玄武巖纖維布的混凝土方柱的極限強(qiáng)度都有明顯的提高，以往的試驗(yàn)研究也表明，BFRP布加固混凝土柱體可以大幅度提高混凝土的極限抗壓強(qiáng)度（見圖1～圖3）。

1.3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）研究表明，采用碳纖維條帶約束混凝土方柱時(shí)，其破壞過(guò)程及曲線特征與螺旋箍筋約束混凝土類似。當(dāng)纖維特征值較大時(shí)，其強(qiáng)度的變形可以得到顯著提高。

（2）研究表明碳纖維約束可以提高混凝土變形能力改變其延性。

（3）隨著的增大，峰值應(yīng)變呈非線性提高，碳纖維布的橫向約束可以有效的提高混凝土的變形能力，并且峰值應(yīng)變隨著含纖特征值的增加較峰值應(yīng)力增加更為明顯。

（4）碳纖維約束可以有效的提高混凝土的強(qiáng)度，并且碳纖維約束混凝土強(qiáng)度隨著含纖特征值的增加而增大。所收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)峰值應(yīng)力最高提幅（即混凝土強(qiáng)度相對(duì)增大值）可達(dá)120%。

2 結(jié)論

碳纖維約束混凝土方柱的受力機(jī)理及影響約束效果的因素，其中以纖維加固量影響較大。收集了較為典型的碳纖維約束混凝土試件近20個(gè)試件。通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的回歸分析，建立了以含纖特征值為參數(shù)的碳纖維約束混凝土方柱強(qiáng)度、峰值應(yīng)力及極限應(yīng)力的經(jīng)驗(yàn)公式。分析可知，碳纖維可以很好的提高混凝土的強(qiáng)度和變形能力；增大含纖特征值，混凝土峰值應(yīng)力和峰值應(yīng)變和延性均顯著提高。

參考文獻(xiàn)

[1] 趙彤，謝劍，等.碳纖維布改善高強(qiáng)混凝土性能的研究[J]工業(yè)建筑，2001，31（3）：42-44.

[2] 李靜，錢稼茹，蔣劍彪.C皿P約束混凝土應(yīng)力一應(yīng)變?nèi)€研究[C]//第二屆全國(guó)土木工程用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（BFRP）應(yīng)用技術(shù)學(xué)術(shù)交流會(huì)論文.2002.

[3] 劉明學(xué)，關(guān)建光，徐福泉.碳纖維布約束混凝土方柱應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系的試驗(yàn)研究[C]//第十屆全國(guó)纖維混凝土學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.2004.

[4] 王蘇巖，韓克雙，王吉忠，等.CFRP約束高強(qiáng)混凝土方柱應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系分析模型[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2006，22（2）：257-261.