對FRP混凝土柱軸心受壓試驗的分析

楊帆　趙志明

摘 要：FRP復(fù)合材料具有許多優(yōu)良的力學(xué)性能，被廣泛地應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域。本文通過對一個FRP外包混凝土柱軸心受壓試驗的詳細(xì)描述與分析，總結(jié)出FRP混凝土柱的一些受力特點和力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；FRP混凝土柱；軸心受壓

1 FRP復(fù)合材料

介紹了關(guān)于FRP復(fù)合材料的概念、組成成分和力學(xué)性能。這本書呈現(xiàn)了關(guān)于FRP復(fù)合材料的基本知識。首先，一個復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的材料，為達到某種優(yōu)越的物理或化學(xué)特性而結(jié)合在一起的。FRP復(fù)合材料主要是由纖維和基質(zhì)組合而成的。其中纖維的功能是提供絕大部分的強度和剛度，基質(zhì)是用來把纖維聯(lián)系在一起并且傳遞荷載。在復(fù)合材料的眾多類型的纖維中，玻璃纖維、碳纖維和有機纖維是最流行的。聚合物是常見的基質(zhì)材料。

2 FRP混凝土柱作用機理

為了提升混凝土柱的結(jié)構(gòu)性能，用FRP復(fù)合材料包裹混凝土是一種有效地方法，尤其是當(dāng)設(shè)計或者施工缺陷存在時，比如配筋不充足。 發(fā)現(xiàn)英國曼徹斯特市的一個七層的停車場可以多提供300個車位，如果所有的柱子都用FRP復(fù)合材料加固。FRP復(fù)合材料加強混凝土的原理比較容易理解：在軸向壓力下 ，混凝土柱有向四周膨脹的趨勢。當(dāng)FRP復(fù)合材料套在混凝土柱環(huán)向外邊緣時，混凝土柱向四周膨脹的趨勢將被阻礙。與圓形截面柱相比，其他截面形狀的柱子在軸向受壓時，會受到不均勻的FRP復(fù)合材料約束作用，比如矩形截面。

3 GRP約束混凝土柱軸心受壓試驗

做了一個GRP約束混凝土柱軸心受壓的試驗。試驗有三個試件，一個是純混凝土柱，一個被±45°GRP套管約束的混凝土柱，還有一個被±55°GRP套管約束的混凝土柱，試件的尺寸如表1所示。

試驗中所用混凝土的抗壓強度為33.7MPa，泊松比為0.22，混凝土的彈性模量為22.9GPa。三個試件分別通過加載機器從豎直方向上逐漸提供壓應(yīng)力，直到試件完全破壞。加載機器與試件接觸的位置放置墊片，使柱子截面與加載機器能夠達到完全接觸。通過實驗得到三個試件的軸壓力-位移關(guān)系圖如下：

4 分析與結(jié)語

試件的軸壓力-位移圖與應(yīng)力應(yīng)變圖成正相關(guān)關(guān)系。通過圖1可以看出，在純混凝土試件受壓的初始階段，有一個位移增加，但是軸力并不增加的過程。原因可能在于初始加載階段，混凝土柱頂面沒有與加載機器充分接觸。同樣對于試件2、試件3也有同樣的現(xiàn)象發(fā)生，并且更加明顯。無論試件2還是試件3，都顯著地提高了混凝土柱所能達到的最大軸壓力，說明FRP套管對混凝土柱軸心受壓強度有很好的提高效果。是同樣的位移值下，±45°GRP試件受到更小的軸壓力，±55°GRP試件需要受到更大的軸壓力。FRP約束混凝土柱對于軸向受壓的提高效果也與纖維的角度有關(guān)系。

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作者簡介：楊帆（1990-），男，碩士，助教。