frp約束混凝土柱問題分析

1、<p>　　FRP約束混凝土柱問題分析</p><p>　　摘要：FRP以其抗拉強度高、質(zhì)量輕、耐腐蝕、易于加工等特點而倍受土木工程界的關(guān)注。本文從約束作用、應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系曲線、強度模型、計算模型、抗震、耐久性等方面闡述了FRP約束混凝土柱的發(fā)展現(xiàn)狀.討論了在FRP加固混凝土柱的研究中還沒有解決的尺寸效應(yīng)問題. </p><p>　　關(guān)鍵詞：FRP，混凝土柱，加固 </p&

2、gt;<p>　　一.FRP對混凝土的約束作用 </p><p>　　在對FRP加固軸壓混凝土柱的研究中發(fā)現(xiàn)，在加載初期，混凝土柱的性能受FRP約束的影響很小.隨著混凝土內(nèi)部裂縫發(fā)展，混凝土柱的體積開始增大，使外包的FRP環(huán)向受拉，反過來環(huán)向受拉的FRP又限制混凝土柱的增大，對混凝土柱起到一個約束的作用，從而使柱處于三向受壓的狀態(tài)，混凝土柱的承載能力得到 </p><p>　

3、　提高，同時延性也可以有所增加 </p><p>　　二.應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型 </p><p>　　在對FRP加固混凝土柱的抗震設(shè)計中，需要可靠的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型.最早研究FRP應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線的是Fardis and Khalili，他們首先建立了這樣的假定：（1）FRP只承受拉力，不承受壓力；（2）FlIP變形和混凝土的變形相同.在這兩個假定條件下他們在1982年提出了公式 </

4、p><p>　　式中： -混凝土的壓應(yīng)力 </p><p>　　Ec-混凝土的彈性模量 </p><p><b>　　-混凝土的應(yīng)變 </b></p><p>　　-混凝土峰值應(yīng)力對應(yīng)的應(yīng)變 </p><p>　　-約束混凝土的強度 </p><p>　　這是第一個應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)

5、系模型.后來許多學(xué)者為了準(zhǔn)確的擬合FRP約束混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，提出了多種數(shù)學(xué)模型.但是由于不同學(xué)者試驗時所采用的纖維種類、纖維布厚度、粘結(jié)劑種類、構(gòu)件截面形狀以及混凝土的性能、試件的尺寸等參數(shù)不同，導(dǎo)致了不同的模型計算出的結(jié)果相差很大.lam and Teng在2002年收集了大量學(xué)者的數(shù)據(jù)建立了一個應(yīng)變數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合自己的實驗擬合出一個模型.認為FRP約束混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變曲線應(yīng)該分為兩個階段 </p><

6、;p>　　式中：E2-應(yīng)力-應(yīng)變曲線第二直線段的曲率 </p><p>　　-應(yīng)力.應(yīng)變曲線轉(zhuǎn)折點的應(yīng)變 </p><p>　　-無約束混凝土的抗壓強度 </p><p>　　該模型得到許多學(xué)者的認可，騰錦光推薦設(shè)計時使用該模型. </p><p><b>　　三.強度模型 </b></p><

7、p>　　在對FRP加固混凝土柱的設(shè)計當(dāng)中還需要考慮FRP外包柱的強度提高程度，這就需要建立它的強度模型，最初這些模型是參考鋼約束混凝土的強度模型，但后來經(jīng)試驗研究發(fā)現(xiàn)這些參考鋼約束混凝土而建立的強度模型，其結(jié)果是不安的，因為FRP材料沒有屈服階段，而且彈性模量比鋼材的低，變形比鋼材的要大.因此一些學(xué)者提出了針對FRP約束混凝土柱的強度模型，一般是都是采用如下形式： </p><p>　　式中： -混凝土柱加

8、固前的強度 </p><p>　　fcc-混凝土柱加固后的強度 </p><p>　　fl-側(cè)向約束應(yīng)力 </p><p>　　kl一強度提高系數(shù)，關(guān)于k1的建議取值見表1 </p><p>　　周長東在2003年通過試驗驗證認為Lain and Teng模型和試驗吻合程度很高. </p><p>　　四.FRP約束混

9、凝土柱的極限強度與極限應(yīng)變計算模型 </p><p>　　式中 和 分別為約束混凝土柱與非約束混凝土柱的極限抗壓強度， 和 分別為約束混凝土柱與非約束混凝土柱的極限壓應(yīng)變。 </p><p>　　式中： 為混凝土的彈性模量； 為纖維復(fù)合材料斷裂時的應(yīng)變。 </p><p>　　式中： 為纖維復(fù)合材料彈性模量。 </p><p>　　五.抗震性

10、能、耐久性的研究 </p><p>　　FRP約束混凝土具有良好的抗震約束性能.許多學(xué)者通過實驗研究和理論分析證明用FRP加固后混凝土柱的延性和抗剪能力都可以大幅度提高，其荷載.位移曲線，彎矩.曲率曲線的滯回圈圓潤飽滿. </p><p>　　由于FRP耐久性問題提出得比較晚，同時由于耐久性研究的周期比較長，雖然目前研究也取得了一定的進展但是還停留在實驗階段.天津大學(xué)做了CFRP在海水侵蝕

11、環(huán)境中的侵蝕性試驗.以浸泡12小時再烘溫l2小時為一個循環(huán).試驗結(jié)果顯示在酸堿鹽的侵蝕下FRP組合構(gòu)件的破壞始自FRP與混凝土界面的粘結(jié)破壞.隨著循環(huán)次數(shù)的增加，F(xiàn)RP約束構(gòu)件與未約束構(gòu)件的強度均隨循環(huán)次數(shù)增加呈先降后升再降的變化過程，F(xiàn)RP加固構(gòu)件耐海水腐蝕的性能明顯優(yōu)于未加固的構(gòu)件。 </p><p>　　六.有待研究的問題 </p><p><b>　　1 尺寸效應(yīng)問題 &

12、lt;/b></p><p>　　材料的尺寸效應(yīng)是指在脆性和準(zhǔn)脆性材料當(dāng)中，材料的力學(xué)性能不是一個常數(shù)而是隨著尺寸變化而變化的一個變量.如混凝土強度等級是根據(jù)直徑150mm的立方體試件的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值確定的，如果采用邊長100mm的立方體試件或200mm的立方體試件的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值則分別要乘以1.05和0.95的系數(shù)，這是 </p><p>　　由于考慮了尺寸效應(yīng)的的影響.不可否認，

13、在一切準(zhǔn)脆性和脆性的材料當(dāng)中都存在尺寸效應(yīng). </p><p>　　目前對FRP約束混凝土柱已經(jīng)進行了大量的試驗，但是由于試驗條件的限制，試驗用的構(gòu)件通常是把實際構(gòu)件按比例調(diào)整的模型，這種小尺寸構(gòu)件的試驗數(shù)據(jù)對實際構(gòu)件設(shè)計的指導(dǎo)意義如何還需要進行進一步的研究. </p><p><b>　　七.結(jié)語 </b></p><p>　　FRP加固混凝

14、土結(jié)構(gòu)在土木工程領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景.但是由于土木工程界對FRP的研究開始得比較晚，許多方面需要進一步的研究。目前FRP仍然是工程界研究的一個熱點.用FRP加固混凝土構(gòu)件不但可以達到理想的加固效果，還可以節(jié)省成本。相信隨著研究的深人，F(xiàn)RP會在加固領(lǐng)域獲得更為廣闊的應(yīng)用空間。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1] 趙海生，趙

15、鳴.碳纖維布加固鋼筋混凝土柱的軸心受壓性能試驗研究[J].建筑結(jié)構(gòu)，2000，30（7）：26―30 </p><p>　　[2] 趙彤，謝劍.碳纖維布改善高強混凝土性能的研究[J].工業(yè)建筑，2001，31（3）：42―44. </p><p>　　[3] 周長東.玻璃纖維聚合物加固混凝土柱的力學(xué)性能研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2003 </p><p>