玄武巖纖維增強復合材料約束混凝土及抗震性能研究.pdf

1、玄武巖纖維具有較高的比強度和比模量，耐高溫低熱和耐酸堿腐蝕性好，性價比高。我國在玄武巖礦藏資源上擁有巨大的優(yōu)勢，隨著生產技術的不斷提升開發(fā)出了一系列性能穩(wěn)定的玄武巖纖維增強復合材料（BFRP）制品，并大力推廣其在土木工程領域中的應用。目前在對現(xiàn)有結構的加固改造和對新建結構的性能增強中，關于BFRP增強混凝土軸壓性能與抗震性能的設計方法還沿用了以往針對碳纖維增強復合材料（CFRP）、玻璃纖維增強復合材料(GFRP)等常用FRP所提出的模型

2、，存在著一些不足:對BFRP約束混凝土時的實際斷裂應變缺乏了解;忽略尺寸效應的影響導致性能預測的偏差;對BFRP復合加固鋼筋混凝土柱缺乏理論指導等等。因此，針對BFRP約束增強混凝土軸壓性能以及BFRP復合加固提高鋼筋混凝土抗震性能方面，亟需更多的試驗和理論研究。
　　在BFRP約束研究方面，試驗研究了BFRP約束混凝土圓柱的軸壓性能，采用了國際先進的360°全周變形測量系統(tǒng)觀測試件的變形，探討了尺寸效應的影響，提出了適用于所有F

3、RP種類的軸壓應力-應變模型;在BFRP復合加固方面，采取試驗研究與軟件模擬相結合的方式，分析了嵌入式BFRP筋與BFRP約束對鋼筋混凝土柱抗震性能的共同作用。本文具體的研究內容及成果包括:
　　(1)共測試了213個圓柱試件的軸壓性能，其中BFRP約束試件147個，素混凝土試件66個。試件混凝土強度等級為C30和C50;長徑比均為2.0;直徑分別為102mm、150mm、190mm、300mm和385mm; BFRP包裹層數0.

4、5～9層。試件均因BFRP突然斷裂而破壞，軸壓性能隨側向約束強度比的增大和外形尺寸的減小而得到提高，各項性能提高的幅度隨著混凝土強度的增大而減小。
　　(2)采用360°全周變形測量系統(tǒng)觀測加載過程中試件的變形，并使用3D DIC軟件處理照片計算得到試件的全周變形和應變。分析試件周身環(huán)向應變場云圖后發(fā)現(xiàn)，環(huán)向應變的分布與混凝土強度、側向約束強度（或剛度）、試件尺寸、甚至條帶的局部包裹有關。對非搭接區(qū)域內柱高中部1/3范圍的BFRP

5、環(huán)向應變平均值提出考慮了混凝土強度、側向約束剛度比和尺寸效應的預測模型。經對比驗證該模型較現(xiàn)有模型的精度更高。
　　(3)對比分析了尺寸效應對BFRP約束圓柱軸壓性能的影響，結果表明:試件的破壞模式不具有尺寸效應;BFRP約束的強、弱作用不具備明顯的尺寸效應;軸壓應力-應變曲線形狀具有一定尺寸效應;應力-應變曲線上的轉折點和極限點的應力、應變均具有較明顯的尺寸效應。隨后提出了確定尺寸效應的4步驟分析法。
　　(4)研究了BF

6、RP約束混凝土圓柱的應力-應變關系，提出了強、弱約束效果的判定公式;利用四步驟分析法分別提出了考慮尺寸效應的轉折點應力、極限點應力和極限點應變的預測模型。經驗證這些模型對其他FRP同樣適用，且相對現(xiàn)有模型具有一定優(yōu)勢。此后建立FRP約束混凝土方柱數據庫，利用約束圓柱中尺寸效應因子提出應力、應變預測模型。
　　(5)采用BFRP筋和布復合加固鋼筋混凝土柱并測試其抗震性能，設計的變量為BFRP筋的直徑和錨固長度，和BFRP外包層數。分