高性能CFRP筋增強混凝土柱受壓及抗震性能的研究.pdf

1、國內(nèi)外學者研究認為用纖維增強聚合物筋(FRP筋，F(xiàn)iber Reinforced Polymer Tendon)取代鋼筋用于增強混凝土結構是解決鋼筋銹蝕行之有效的方法，它不但可以解決由于鋼筋腐蝕引起的混凝土耐久性問題，而且滿足某些結構的特殊使用要求，如抗電磁干擾要求。近年來，關于FRP筋的研制及FRP筋混凝土結構的研究已逐漸成為了土木工程界的熱點之一，并且這種新型結構已開始在沿海地區(qū)的結構工程中、城市地鐵工程中得到應用。然而，至今還沒有

2、相應的設計規(guī)范和應用技術規(guī)程，因此，對FRP筋增強混凝土結構的性能及應用技術研究已是十分迫切。 由于FRP筋的受壓性能不如其受拉性能，并且國內(nèi)外對FRP筋受壓性能及FRP筋混凝土柱性能的研究還非常少。因此，本文將重點開展CFRP筋的受壓性能及CFRP筋混凝土柱受力性能及抗震性能的試驗研究和理論分析，提出CFRP筋增強混凝土柱的計算理論和設計方法。 FRP筋受壓性能的測試較困難，至今還沒有統(tǒng)一的測試方法與標準。通過研究給出

3、了一種新的洲試方法，分別測試了兩種CFRP縱筋在正常使用環(huán)境下和人工海水浸泡環(huán)境下的受壓和受拉性能。采用本文測試方法測得的CFRP筋材料性能數(shù)據(jù)能更真實地反映CFRP筋的實際受壓性能。 為了開展全CFRP筋混凝土柱的研究，即混凝土柱的縱筋和箍筋均采用CFRP筋，本次研究專門研發(fā)了一種新型的CFRP箍筋和一種新型CFRP縱筋，經(jīng)測試其材料性能已達到國外同類產(chǎn)品的要求。 通過5根CFRP筋混凝土矩形柱的軸心受壓試驗，研究了這

4、種新型混凝土柱的受力特點，重點分析了CFRP縱筋的配筋率及CFRP箍筋間距對柱承載力的貢獻及影響。試驗結果表明，CFRP筋混凝土軸心受壓柱首先發(fā)生混凝土壓碎破壞，在混凝土被壓碎之后如繼續(xù)加載，則CFRP箍筋或縱筋可能發(fā)生破裂或破斷。CFRP縱筋對其承載力提高有一定的貢獻，但可利用的強度有限；CFRP箍筋間距較密時，對承載力有利，但當超過一定范圍后，對承載力的影響可以忽略?；谠囼炑芯康慕Y果，對CFRP筋混凝土軸心受壓柱進行了較深入的受壓

5、全過程分析，探討了CFRP筋混凝土軸心受壓柱的承載力計算方法及構造要求。采用本文方法得到的試件承載力理論值與試驗結果吻合良好。此外，在已有鋼筋箍筋和外貼CFRP布約束混凝土矩形柱的研究基礎上，對CFRP箍筋約束混凝土的受力機理及約束性能進行了較深入的分析。 通過14根CFRP筋混凝土矩形柱的偏心受壓試驗，考察了配筋率、混凝土強度、偏心距和長細比等參數(shù)對其受力性能的影響。試驗結果表明，CFRP筋混凝土偏心受壓柱具有較高的承載力和較

6、好的變形恢復性能；以混凝土壓碎為破壞模式的CFRP筋混凝土偏心受壓柱，在破壞前有明顯的預兆。 由于CFRP筋與鋼筋材料性能的差異，現(xiàn)有的鋼筋混凝土偏心受壓柱的計算理論不能直接用于CFRP筋混凝土偏心受柱的設計計算。在試驗研究基礎上，提出了CFRP筋混凝土偏心受壓柱的承載力計算理論、設計方法。給出了用破壞模式和CFRP筋的受力狀態(tài)作為承載力計算的分界點的承載力計算方法，并用界限配筋率作為CFRP筋混凝土柱最小配筋率的限制條件。

7、 分析了CFRP筋混凝土柱截面承載力M<,u>-N<,u>關系曲線的特征及其影響因素；分析結果表明，M<,u>-N<,u>曲線形態(tài)受配筋率、長細比、偏心率及CFRP筋材料性能等因素影響，不一定出現(xiàn)類似于鋼筋混凝土柱的大、小偏心界限破壞點，它有可能出現(xiàn)多個分界點，這是CFRP筋混凝土柱與鋼筋混凝土柱明顯的不同之處。并通過參數(shù)分析，給出了這些分界點的簡便確定方法。 由于鋼筋混凝土柱考慮二階效應對承載力影響的計算方法不適用地于CF

8、RP筋混凝土柱，因此，通過對CFRP筋混凝土偏心受壓柱進行全過程的受力分析和二階效應影響參數(shù)的分析，研究了各個參數(shù)對其側向撓度的影響，并建議用偏心距增大值考慮二階效應對其承載力的影響，給出了偏心距增大值的計算公式。用該方法計算試件承載力，其結果與試驗結果吻合較好。并針對CFRP縱筋材料性能的特點，分析了CFRP筋混凝土偏心受壓柱截面內(nèi)CFRP筋受力狀態(tài)與偏心率的關系，探討了截面內(nèi)CFRP筋應力的簡化計算方法和經(jīng)濟配筋率。 此外，

9、通過4根CFRP筋混凝土柱的低周反復擬靜力試驗，研究了CFRP筋混凝土柱的抗震性能及模擬受震損傷并經(jīng)修復后的CFRP筋混凝土柱的抗震性能，考察了軸壓比和CFRP筋體積配箍率對CFRP筋混凝土柱抗震性能的影響。重點分析了試驗構件的柱頂水平荷載與相應位移的滯回曲線、變形性能、耗能性能、承載力退化和剛度退化等。較深入地分析了CFRP筋混凝土柱的骨架曲線，給出了建議的恢復力模型及其相應的計算方法，基本掌握了CFRP筋增強混凝土柱的抗震性能。