研究BFRP约束钢筋混凝土方柱强度及其应力—应变关系

王约发

摘 要：分析BFRP约束混凝土方柱的受力情况，在试验的基础上，进行数据分析，阐述了影响BFRP约束混凝土力学性能的参数，分析BFRP约束钢筋混凝土方柱的强度比和含纤特征值关系，含纤特征值和峰值应变的关系，含纤特征值和极限应变的关系，得出对于应力和应变都有极大的影响。

关键词：BFRP 混凝土方柱

中图分类号：TU377 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（b）-0049-02

The Study on BFRP confined Concrete Square Column Strength and Stress-Strain Relation

Wang Yuefa

（zhongshan City，Guangdong Central Environmental Engineering Co，Ltd，Zhongshan Guangdong，528400，China）

Abstract：Stress analysis of BFRP confined concrete square columns， on the basis of the experiment， data analysis， elaborated the influence parameters of concrete mechanical properties of BFRP constraints， analysis of BFRP confined reinforced concrete columns with fiber strength and characteristic values， with the relationship between the fiber characteristic value and peak strain， with the relationship between the fiber characteristics value and the ultimate strain， it has great influence on the stress and strain.

Key Words：BFRP；Square Concrete Column；

FRP（fiber reinforced polymer or plastics纤维增强复合材料）在土木工程中的结构加固、修复上的应用日益广泛，主要因其具备高的比强度、好的抗疲劳性能、好的减震性能以及抗腐耐久等优良性能。但是FRP组合混凝土构件的理论研究远滞后于其实践应用，目前关于FRP加固、修复结构构件的设计大多停留在依据相关试验数据、类似钢管约束混凝土机理以及经验基础上，这是一种不科学甚至不安全的措施[1]。故有必要对FRP组合混凝土构件的破坏机理、本构模型等最基本的理论问题加以探讨。在混凝土柱的加固中应用FRP的约束作用来提高其抗力和改善其变形性能受到了工程界的广泛重视，为此，许多学者对FRP约束混凝土进行了研究，得到了很多有用的结论和有价值的试验数据。

1 BFRP约束混凝土方柱轴心受压力学性能

1.1 BFRP约束方柱混凝土工作机理

约束混凝土方柱轴心受压力学性能分析纤维约束混凝土方柱轴心受压力学性能根据己有的试验研究可知，纤维约束混凝土与箍筋约束混凝土机理相似，都是通过其环向约束力对核心混凝土进行约束。当试件受压时，混凝土产生横向膨胀变形，导致纤维布片材受拉，在试件截面四边的直线段，由于纤维布片材的刚度极小而产生水平弯曲，因此对试件混凝土的约束很小；但在截面转角处相对刚度大，不易产生水平弯曲，由于对称性使两个互相垂直方向上的片拉力形成沿对角线（45”）上的合力，该合力对混凝土柱对角线形成强有力的约束。因此，纤维约束矩形截面构件时，柱混凝土所受的侧向约束力是沿对角线方向上的集中挤压和沿截面水平分布的很小的横向约束力。由此可见，纤维对混凝土的约束作用沿混凝土柱侧面不是均匀分布的，在截面拐角处最大，在截面的中间最小。

1.2 BFRP约束方柱混凝土的研究现状

影响BFRP约束混凝土力学性能的参数主要有以下几个：BFRP的包裹量、混凝土强度、纤维类型、纤维包裹方式。虽然BFRP加固技术应用非常广泛，但由于起步较晚，到目前为止，无论是国内还是国外，都存在着理论落后于实际应用的状况，并且尚缺乏一套完整的、较为完善的理论分析方法。

1.3 BFRP纤维约束方柱混凝土的强度和变形

1.3.1 试验数据概况

随着纤维加固技术的不断发展，碳纤维加固技术已经在工程实际中大量使用，并取得很好的效果。近年来国内在碳纤维约束混凝土方面的研究已有较多的研究并取得了很多成果。

随着纤维加固技术的不断发展，碳纤维加固技术已经在工程实际中大量使用，并取得很好的效果。

主要参数有：混凝土立方体强度fcu、包裹层数n、碳纤维抗拉强度、碳纤维布加固率、含纤特征值、未约束混凝土轴心抗压强度和峰值应变、碳纤维约束混凝土峰值应力、峰值应变：以及极限应变。含纤特征值，即，经过计算变化范围为0.052-1.038。试验数据见表1。

1.3.2 试验数据分析

试验中，大部分试件都是因为角部纤维布的拉断而破坏，说明虽然对混凝土试件做了倒角处理，但角部依然存在不同程度的应力集中；不同层数包裹玄武岩纤维布的混凝土方柱的极限强度都有明显的提高，以往的试验研究也表明，BFRP布加固混凝土柱体可以大幅度提高混凝土的极限抗压强度（见图1～图3）。

1.3.3 试验结果分析

（1）研究表明，采用碳纤维条带约束混凝土方柱时，其破坏过程及曲线特征与螺旋箍筋约束混凝土类似。当纤维特征值较大时，其强度的变形可以得到显著提高。

（2）研究表明碳纤维约束可以提高混凝土变形能力改变其延性。

（3）随着的增大，峰值应变呈非线性提高，碳纤维布的横向约束可以有效的提高混凝土的变形能力，并且峰值应变随着含纤特征值的增加较峰值应力增加更为明显。

（4）碳纤维约束可以有效的提高混凝土的强度，并且碳纤维约束混凝土强度随着含纤特征值的增加而增大。所收集试验数据峰值应力最高提幅（即混凝土强度相对增大值）可达120%。

2 结论

碳纤维约束混凝土方柱的受力机理及影响约束效果的因素，其中以纤维加固量影响较大。收集了较为典型的碳纤维约束混凝土试件近20个试件。通过对试验数据的回归分析，建立了以含纤特征值为参数的碳纤维约束混凝土方柱强度、峰值应力及极限应力的经验公式。分析可知，碳纤维可以很好的提高混凝土的强度和变形能力；增大含纤特征值，混凝土峰值应力和峰值应变和延性均显著提高。

参考文献

[1] 赵彤，谢剑，等.碳纤维布改善高强混凝土性能的研究[J]工业建筑，2001，31（3）：42-44.

[2] 李静，钱稼茹，蒋剑彪.C皿P约束混凝土应力一应变全曲线研究[C]//第二届全国土木工程用纤维增强复合材料（BFRP）应用技术学术交流会论文.2002.

[3] 刘明学，关建光，徐福泉.碳纤维布约束混凝土方柱应力一应变关系的试验研究[C]//第十届全国纤维混凝土学术会议论文集.2004.

[4] 王苏岩，韩克双，王吉忠，等.CFRP约束高强混凝土方柱应力一应变关系分析模型[J].沈阳建筑大学学报：自然科学版，2006，22（2）：257-261.