
國(guó)內(nèi)外學(xué)者早期曾對(duì)箍筋約束混凝土柱進(jìn)行了較多的研究,研究表明:隨著配箍率的增加和箍筋間距的減小,混凝土柱的延性和承載力顯著增加。對(duì)FRP約束混凝士柱試驗(yàn)研究表明:FRP約束混凝士圓柱體和棱柱體可顯著地提高混凝土的抗壓強(qiáng)度,進(jìn)而提高試件的承載力和延性。近些年來,隨著利用FRP約束鋼筋混凝土柱加固的增加,人們對(duì)此也做了一定的研究,但國(guó)內(nèi)外研究成果尚不充分,且已有的研究多是針對(duì)混凝土柱模型進(jìn)行的研究,并以圓形截面柱居多,研究矩形截面柱相對(duì)較少。因此,隨著實(shí)際工程應(yīng)用的日益增多,有必要對(duì)此做進(jìn)一步的深入研究。
FRP約束混凝土后的強(qiáng)度計(jì)算模型比較精確;在修正公式的基礎(chǔ)上,分析提出了可用于纖維布和箍筋共同約束下鋼筋混凝土軸壓柱正截面承載力的建議公式。目前,國(guó)內(nèi)外利用ANSYS軟件對(duì)FRP加固混凝土結(jié)構(gòu)的有限元分析進(jìn)行了不少的研究,其中很多是針對(duì)于FRP加固混凝土梁的有限元分析,對(duì)于FRP約束混凝土柱的非線性分析比較少。
本文以BFRP(玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料)加固鋼筋混凝土軸心受壓方柱為例,討論了混凝土、纖維布的材料模型和有限元模型,著重研究了BFRP加固柱的效果及尺寸效應(yīng)對(duì)組合試件的影響。
本次實(shí)驗(yàn)分為五組,共計(jì)軸心受壓試件15根。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性,在研究每一種因素的影響時(shí),都有一組三個(gè)試件相互對(duì)照,試驗(yàn)結(jié)果取三個(gè)試件的均值,指定為棱柱模型形式,截面尺寸均設(shè)計(jì)為150×150 mm,柱高為600mm;炷猎O(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C40,混凝土的保護(hù)層厚度為25mm,配置的縱筋為4準(zhǔn)10一級(jí)鋼筋,箍筋采用準(zhǔn)6一級(jí)鋼筋,其中一組取箍筋間距為75mm,見圖所示,其余四組箍筋間距為150mm,為了防止柱頭壓壞,全部柱頭兩端箍筋加密,間距取50mm。
試驗(yàn)所選用的縱向受力鋼筋和箍筋均為HPB235級(jí)(I級(jí))光圓鋼筋。配置混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30,采用普通硅酸鹽水泥42.5級(jí),卵石采用的最大粒徑為26.5mm,表觀密度為2636kg/m3,采用中砂,表觀密度為2644kg/m3,骨料干燥狀態(tài)質(zhì)量配合比:水泥:水:砂:卵石=1:0.48:1.56:3.32,構(gòu)件工作環(huán)境為一級(jí),實(shí)測(cè)立方體抗壓強(qiáng)度為42.8N/mm2。試驗(yàn)采用上海同砼公司所提供的同固牌碳纖維布。
在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),大部分加固后試件都是因?yàn)榻遣坷w維布的拉斷而破壞的,這說明雖然對(duì)試件進(jìn)行了倒角處理,角部依然存在不同程度的應(yīng)力集中,混凝土角部的破壞現(xiàn)象也較為嚴(yán)重,條帶包裹試件與全部包裹試件的破壞過程有所不同:條帶包裹碳纖維布的試件在壓力達(dá)到極限承載力的70%左右時(shí),先是條帶空隙的混凝土出現(xiàn)微小裂縫,然后裂縫擴(kuò)展,混凝土膨脹致使碳纖維布條帶從角部撕裂,承載力呈階段性降低而且比較突然。全包的混凝土柱在出現(xiàn)碳纖維布撕裂后,碳纖維布迅速向上下崩裂,同時(shí)內(nèi)部混凝土壓碎的較嚴(yán)重,柱子失去承載力也較快,從而破壞。
通過以上試驗(yàn)表中結(jié)果分析發(fā)現(xiàn):纖維布約束鋼筋混凝土方柱對(duì)構(gòu)件的承載力提高效果明顯,無(wú)論是纖維布條帶包裹,還是纖維布完全包裹的試件,與未加固CFRP的柱相比,承載力都有一定程度的提高。尤其以全包FRP試件的增強(qiáng)效果明顯,荷載提高了17.98%;間距為60mm條帶和間距為100mm條帶包裹的試件,荷載分別提高了10.9%和6.4%;箍筋為75mm間距的全包柱比箍筋為150mm間距的全包柱荷載提高了9.5%。
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