HFRP约束混凝土圆柱轴压力学性能研究

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现有的建筑由于钢筋锈蚀、材料老化、超负荷使用、自然灾害等引起的结构性能劣化,每年都带来巨额的修复加固费用。为了克服这一问题各国学者进行了大量研究,由于纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,简称FRP)具有重量轻,强度高,易于施工,耐腐蚀性好,对原结构刚度影响小等优越性能,引起了国内外学者的广泛关注,FRP加固混凝土结构也成为土木工程的研究热点。但是现在研究也表明单一纤维的脆性大,变形能力不足,所加固的结构延性差,制约了FRP的广泛应用。混杂纤维可以充分发挥不同纤维的优势,扬长避短,改善所加固结构的延性,优化FRP的综合力学性能。本文通过HFRP单轴拉伸试验与HFRP约束混凝土圆柱轴压试验,研究了HFRP的材料性能及HFRP约束混凝土圆柱轴压力学性能。通过试验与理论分析对HFRP的弹性模量及抗拉强度进行了研究,并分析了HFRP约束混凝土圆柱的抗压承载力、极限纵向应变、极限环向应变、破坏形态、加固成本。最后通过对已有模型的总结及试验数据的回归分析,提出了一个整体式的HFRP约束混凝土的应力一应变模型。本文通过CFRP、BFRP、GFRP三种纤维的混杂,研究了不同混杂比下的HFRP的力学性能,通过单轴拉伸试验数据分析表明HFRP的弹性模量符合混合定律,而抗拉强度根据低延性纤维含量的不同计算公式也随之改变。通过HFRP约束混凝土圆柱的轴压试验,本文分析了试件的破坏形态,承载力,加固成本等。试验表明HFRP约束混凝土柱裂缝发展缓慢,基本无爆裂性,破坏时内外层纤维断口位置不同,有大量纤维被拉出,内层纤维发挥了超过其在单一纤维约束时的强度。HFRP可以在保证其强度的前提下,降低加固成本。纤维层数增加时,可提高试件的抗压强度并适当增加其延性。三种纤维混杂时,由于不同纤维间粘结搭接的影响,混杂效果不明显,不建议使用。对FRP约束混凝土应力-应变全曲线的发展过程分析表明混凝土强度、FRP刚度、FRP强度是影响应力-应变全曲线的关键参数。通过对现有模型的总结分析并基于试验数据,本文用数据回归分析得到了HFRP约束混凝土的强度模型与应力-应变模型。模型与试验数据的对比分析表明,本文模型与试验数据吻合良好。
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