BFRP约束损伤钢筋混凝土轴压力学性能研究

发布时间：2020-11-21 06:42

　　 近年来,由于地震频发以及建筑结构的老化,既有建筑结构的加固维修逐渐成为结构工程领域的热点。纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)由于其轻质、高强、耐腐蚀等优良特性逐渐成为建筑加固领域常用材料。玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)在具备同类型FRP优异力学性能的同时,兼具环保、材料来源广等特点逐渐成为各国学者的研究对象。建筑结构主要支撑构件在遭受地震等偶然荷载作用下会遭受不同程度的损伤,受损结构构件除部分损伤较大以及侧向残余位移较大,需进行推倒重建外,大量中轻微损伤以及侧向残余位移较小的建筑结构仍有加固后使用的必要。目前,关于FRP加固混凝土柱的试验研究已有很多,但大多已有的试验研究主要是针对FRP约束完好混凝土柱,而关于FRP约束损伤钢筋混凝柱的研究,其初始损伤水平大多较低,在FRP约束较大损伤钢筋混凝土柱轴压力学研究领域还存在较大的空白。因此,本文开展BFRP约束损伤钢筋混凝土圆柱轴压试验与理论研究,主要研究内容如下:(1)本文对22个直径242 mm,高726 mm的混凝土圆柱(包含20个钢筋混凝土圆柱以及2个素混凝土圆柱)开展了单轴受压试验,研究了钢筋、BFRP层数以及预损伤对钢筋混凝土圆柱轴压力学性能的影响。试验结果表明:纵筋对BFRP约束损伤混凝土的极限应力影响较大,而箍筋对极限应力以及极限应变均有不可忽视的影响;BFRP约束后可以有效改善损伤钢筋混凝土圆柱的极限应力以及极限应变能力;钢筋混凝土圆柱由于损伤而降低的弹性模量无法通过BFRP约束的方式恢复;与BFRP约束完好柱相比,约束损伤柱的弹性模量以及极限抗压强度会降低,并且随着损伤水平的增加,其降低程度增大。(2)本文在深入分析试验结果的基础上,借鉴已有的模型,提出了考虑BFRP与箍筋共同约束的BFRP约束完好钢筋混凝土圆柱单轴受压下的极限应力模型、极限应变模型以及应力-应变关系模型。(3)本文对基于面积的损伤评价指标、基于刚度的损伤评价指标以及基于应变的损伤评价指标进行了详细的分析,在此基础上提出了与试验结果吻合良好的BFRP约束损伤钢筋混凝土圆柱单轴受压下的极限应力模型、极限应变模型以及应力-应变关系模型。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU375
【部分图文】：

a）纤维布加固钢筋混凝土梁、柱 b）纤维布加固钢筋混凝土柱图 1.1 纤维布在实际工程中的应用纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer，FRP)是由增强纤维材料与基体材料经过缠绕，模压或拉挤等成型工艺而形成的复合材料，具有轻质、高强、耐腐蚀及施工便捷等显著优点。目前常用的 FRP 材料包括碳纤维增强复合材料（Carbon-FRP，CFRP）、玻璃纤维增强复合材料（Glass-FRP，GFRP）和芳纶纤维增强复合材料（Aramid-FRP，AFRP）等三大类。目前，纤维增强复合材料加固法中最长用的也是这三类纤维材料，但随着经济社会的快速发展以及大量纤维材料在工程加固领域的广泛应用，这几类各自存在制约 FRP 在工程加固领域发展的缺点却不容忽视。CFRP 由于其综合力学性能优越且耐久性好是目前纤维加固放方法中应用最多的一种加固材料，但目前高质量碳纤维的生产技术仍被国外垄断，导致国内进口 CFRP 成本高昂、加固建筑综合性价比不高，因此需要寻找能够替代 CFRP 的加固材料；GFRP 国内能够自主生产，因此综合化成本较低，但由于其耐久性能相对较差，使得其应用范围受到限制，并不能大规模推广普及；AFRP 强度和弹性模量都相对较高，特别是具有较好的抗冲击性能，使得其在某

前国内外研究者在开展 BFRP 约束混凝土试验研究时也会率先开展 BFRP 材性试验研究。但由于 BFRP 出厂批次以及生产质量控制问题，众多研究者开展 BFRP材性试验的研究成果并不完全相同。因此，为保证能够更为精确的对 BFRP 约束钢筋混凝土圆柱轴压试验结果进行分析，本章将率先开展 BFRP 材性试验。除此之外，本章还将结合已有的试验研究成果，详细阐述 BFRP 具有的一些优良特性和常用的加固施工工艺。2.2 FRP 拉伸力学性能试验2.2.1 试件设计及材料性能本章拉伸试验参考规范《Standard test method for tensile properties of polymematrix composite materials》[51]设计了 5 个宽 15 mm，长 250 mm 的矩形条状试件，标距采用试件中间长度 25 mm。为防止试件在拉伸试验中端部受力不均发生局部破坏，在试件端部采用宽 15 mm，长 56 mm 矩形铝片进行加固处理，试件详图见图 2.1 所示。

BFRP 约束损伤钢筋混凝土轴压力学性能研究本文拉伸试验所用的 BFRP 是四川航天拓鑫玄武岩实业有限公司生产，为试件单根纤维的完整以确保所有纤维在试验中都能够有效的受拉，纤维布剪沿着纤维方向剪裁。BFRP 基本参数及纤维布形态图见表 2.1 及图 2.2(a)所示验所用浸渍胶为湖南固特邦土木技术发展有限公司生产的环氧树脂胶，其基号为 JN-C3P，此胶具有粘结能力强，适配性广，可以在 5℃以上与 CFRP、B及 GFRP 等多种类型的纤维材料结合，具有良好的物理及化学性能，符合《结构加固材料安全性鉴定技术规范》（GB 50728-2011）[52]以及《混凝土结固设计规范》（GB 50367-2013）[53]A 级浸渍胶的标准，其外观及基本物理见图 2.2（b）及表 2.2 所示。
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本文编号：2892686