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近二十年来,纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Plastics)由于其高强高效、耐久性好、耐腐蚀性强、施工方便以及适用性广等优势而在混凝土结构加固工程中大量应用。但单一FRP单一纤维材料的优缺点往往都非常突出,变形能力不足、所加固结构的延性差等制约了FRP的广泛应用。混杂FRP(Hybrid FRP,HFRP)是解决该问题的有效途径。因此,选取具有良好延性的层内混杂FRP(Intraply HFRP,IHFRP)对混凝土结构进行加固具有重要的工程实际和理论意义。本文在归纳总结现有研究的基础上,选用多种纤维混杂FRP对RC梁、柱进行了加固,并进行试验和理论研究,主要研究内容包括:
(1)为了制备综合性能优异的HFRP复合材料,本文选用碳纤维(Carbon Fiber)、芳纶纤维(Aramid Fiber)、玻璃纤维(Glass Fiber)、尼龙纤维(Nylon Fiber)等多种纤维进行不同比例的层内混杂。并对混杂纤维试件进行轴向拉伸性能试验研究,试验表明:高延性尼龙纤维、涤纶纤维对复合材料延性具有显著增强效果;碳、玻璃纤维进行混杂具有良好的混杂效果,不仅具有一定的拉伸强度,而且延伸性能也较好。
(2)为选择出既保证梁的加固强度而又保证梁的延性的纤维复合材料,通过对14根RC简支梁的抗弯性能试验,从裂缝发展、破坏形态、承载力、延性及刚度等方面比较探讨了不同比例的碳、玻璃混杂纤维和芳纶、涤纶、尼龙混杂纤维布对梁的加固效果,试验结果表明:各种碳玻璃层内混杂纤维布的混杂比例虽然不同,但均有效保证了梁的延性性能,且具有较强的塑性变形能力和能量吸收能力,使结构破坏前有明显的预兆性。芳纶涤纶尼龙的层间混杂纤维布加固梁的延性性能良好,但承载力稍低。
(3)为选择出适合加固柱的延性好、抗震能力强的高延性纤维复合材料,本文通过对52根混凝土柱的轴压性能试验,从破坏形式、承载力、变形性能等方面,探讨了各种混杂纤维布对混凝土柱加固后的效果。试验结果表明:混杂纤维布1A1D1N和1D1N加固试件破坏过程均变为纤维布缓慢的被撕裂,且试件承载力下降平缓,能量耗散能力强,这在抗震加固中具有重要意义。碳、玻璃混杂纤维布显著改善了柱的延性性能,但三种纤维布的延性区别并不显著。
(4)通过较系统地的试验和理论分析,建立新型IHFRP约束混凝土圆柱体的强度模型,并建立IHFRP应力-应变曲线模型。