玄武巖纖維布在工程結(jié)構(gòu)加固中的研究進展

柳 亞 男

(遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧 錦州 121000)

玄武巖纖維布在工程結(jié)構(gòu)加固中的研究進展

柳 亞 男

(遼寧工業(yè)大學(xué)，遼寧 錦州 121000)

介紹了玄武巖纖維(BFRP)布的物理力學(xué)性能，從BFRP布約束混凝土本構(gòu)模型、加固混凝土梁、柱等方面，闡述玄武巖纖維布在工程結(jié)構(gòu)加固中的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，為以后進一步開展相應(yīng)的研究工作提供了依據(jù)。

玄武巖纖維布，本構(gòu)模型，混凝土梁，混凝土柱

玄武巖纖維增強復(fù)合材料(BFRP)具有良好的力學(xué)性能、耐腐蝕性能、抗高溫性能等且性價比好。因此，其工程應(yīng)用越來越廣泛。工程結(jié)構(gòu)由于多種原因引起強度不足、出現(xiàn)過大的裂縫和變形，因此需要采取不同的加固材料、不同的加固技術(shù)滿足使用功能等要求[1，2]。本文從BFRP布約束混凝土本構(gòu)模型研究、加固混凝土梁、柱等方面闡述研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向，為以后進一步開展相應(yīng)的研究工作提供一定的建議。

1 本構(gòu)模型研究

BFRP約束素混凝土柱的效果主要取決于以下幾個因素：混凝土強度、倒角半徑、纖維用量、截面高寬比、長細比、混凝土和BFRP的粘結(jié)及加載歷史等[3]。

北京工業(yè)大學(xué)鄧宗才等通過把碳纖維布、芳綸纖維布、玻璃纖維布和玄武巖纖維布混雜在一起(HFRP)對混凝土圓柱進行加固，并對加固后的混凝土圓柱進行軸心抗壓性能試驗，對試驗結(jié)果研究分析得出混雜纖維(HFRP)布加固混凝土圓柱的破壞形式、抗壓強度、最大應(yīng)變值和本構(gòu)關(guān)系曲線。本試驗數(shù)據(jù)擬合混雜纖維(HFRP)加固混凝土圓柱的強度加固系數(shù)為3.1，建立了約束混凝土圓柱體的3段式應(yīng)力—應(yīng)變曲線模型。鄧宗才等建議的HFRP約束混凝土強度模型：

(1)

當(dāng)0≤εc≤εc0,σc=Ecεc

(2)

(3)

(4)

其中：

(5)

(6)

(7)

(8)

香港理工大學(xué)Yu-Fei Wu等通過CFRP布約束混凝土軸心受壓試驗研究試件截面高寬比、CFRP布的層數(shù)對其受力性能的影響。研究結(jié)果表明：截面高寬比對其強度、變形等影響比較明顯，同時提出新的強度模型。

2 加固混凝土梁的研究

影響FRP加固混凝土梁抗剪性能的因素包括：FRP的用量、纖維纏繞的角度、分布、加固方式和纖維的種類等參數(shù)，除了加固參數(shù)外還有原梁的各種條件，包括混凝土的強度、箍筋配箍率、剪跨比、截面形狀、梁的跨度及支座條件等。

上海大學(xué)歐陽煜等通過對5根玄武巖纖維加固混凝土梁的試驗研究了玄武巖纖維布對梁的抗剪承載力的影響。主要考慮的參數(shù)有：玄武巖纖維布的寬度和間距、玄武巖纖維布的粘貼層數(shù)等因素。試驗數(shù)據(jù)表明：玄武巖纖維布加固后的混凝土梁的抗剪承載力能夠明顯提高，變形能力也有所提高。通過6根鋼筋混凝土梁的抗彎加固，研究其開裂荷載、屈服荷載、極限荷載、跨中撓度以及鋼筋和玄武巖纖維布的應(yīng)變等參數(shù)。研究結(jié)果表明：玄武巖纖維布加固鋼筋混凝土梁的強度均有較大幅度提高，同時提出了相應(yīng)的設(shè)計方法與建議。

Rocca等考慮了玄武巖纖維布層數(shù)、粘貼長度對抗剪加固混凝土簡支梁的影響，試驗結(jié)果表明：纖維布層數(shù)對其加固效果及破壞方式有較大影響，但粘貼長度影響不明顯且能使加固梁具有較好的延性。

中國科學(xué)院張小冬用混雜纖維布對7根混凝土梁進行加固，并對其進行抗彎試驗，測得加固后混凝土梁的豎向位移和能量系數(shù)，與單一碳纖維加固后的混凝土梁對比分別提高33%～60%和20%～45%，試驗結(jié)果表明混雜纖維布加固后的混凝土梁具有良好的能量吸收能力和塑性變形能力?；祀s纖維加固后梁的承載力和二次剛度都顯著提高，梁的延性也有所改善。

3 加固混凝土柱的研究

華東交通大學(xué)童谷生等試驗研究表明試件強度具有尺寸效應(yīng)。對三種不同尺寸的混凝土方柱，用不同層數(shù)的玄武巖纖維布進行加固，并對加固后的試件進行抗壓試驗。試驗結(jié)果表明采用不同層數(shù)玄武巖纖維布加固后的試件抗壓強度隨層數(shù)增加有所提高，試件的極限應(yīng)力和極限應(yīng)變都明顯提高。

華僑大學(xué)鄒鵬程等通過15根外包玄武巖纖維布(BFRP)約束鋼筋混凝土圓柱軸心受壓試驗，考慮箍筋對約束柱極限強度的影響，提出考慮箍筋的FRP約束混凝土強度模型：

(9)

γ=2Asfyh/(DcorS)

(10)

華僑大學(xué)張云波等以偏心率、加固量和粘貼形式為變化參數(shù)，進行了18個圓形截面鋼筋混凝土柱試驗。提出了環(huán)向包裹 FRP后圓形截面鋼筋混凝土柱偏心受壓承載力計算公式：

(11)

(12)

4 結(jié)語

至今國內(nèi)外有關(guān)玄武巖纖維布約束混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行了大量的試驗研究和理論分析，但還有許多問題需進一步系統(tǒng)研究：

1)特別是在動荷載、循環(huán)荷載作用下以及約束損傷混凝土、高性能混凝土情況下，建立合理的應(yīng)力—應(yīng)變本構(gòu)模型；2)玄武巖纖維布與混凝土粘結(jié)機理研究；3)BFRP布約束結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力機理進行合理的數(shù)值模擬；4)板材、棒材及預(yù)應(yīng)力BFRP的理論及應(yīng)用研究；5)BFRP布加固砌體結(jié)構(gòu)的試驗研究，抗震性能、爆炸、疲勞等有待于深入研究。

[1] 歐陽利軍,丁 斌,陸洲導(dǎo).玄武巖纖維及其在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用研究進展[J].玻璃鋼/復(fù)合材料,2010(3):84-88.

[2] L.C. Hollaway. A review of the present and future utilisation of FRP composites in the civil infrastructure with reference to their important in-service properties[J].Construction and Building Materials,2010(24):2419-2445.

[3] 宋功河,張海昆.約束素混凝土圓柱強度及尺寸效應(yīng)的試驗研究[J].玻璃鋼/復(fù)合材料,2009(4):3-5.

The research progress of basalt fiber cloth in engineering structure reinforcement

Liu Yanan

(LiaoningUniversityofTechnology,Jinzhou121000,China)

This paper introduced the physical and mechanical properties of basalt fiber(BFRP), from the BFRP confined concrete constitutive model, reinforced concrete beams, columns and other aspects, elaborated the research status and development direction of basalt fiber cloth in engineering structure reinforcement, provided basis for further development of corresponding research work.

basalt fiber cloth, constitutive model, concrete beam, concrete column

1009-6825(2017)05-0070-02

2016-12-06

柳亞男(1988- )，男，碩士，助理工程師

TU363

A