对FRP混凝土柱轴心受压试验的分析

杨帆　赵志明

摘 要：FRP复合材料具有许多优良的力学性能，被广泛地应用于土木工程领域。本文通过对一个FRP外包混凝土柱轴心受压试验的详细描述与分析，总结出FRP混凝土柱的一些受力特点和力学性能。

关键词：复合材料；FRP混凝土柱；轴心受压

1 FRP复合材料

介绍了关于FRP复合材料的概念、组成成分和力学性能。这本书呈现了关于FRP复合材料的基本知识。首先，一个复合材料是由两种或两种以上的材料，为达到某种优越的物理或化学特性而结合在一起的。FRP复合材料主要是由纤维和基质组合而成的。其中纤维的功能是提供绝大部分的强度和刚度，基质是用来把纤维联系在一起并且传递荷载。在复合材料的众多类型的纤维中，玻璃纤维、碳纤维和有机纤维是最流行的。聚合物是常见的基质材料。

2 FRP混凝土柱作用机理

为了提升混凝土柱的结构性能，用FRP复合材料包裹混凝土是一种有效地方法，尤其是当设计或者施工缺陷存在时，比如配筋不充足。 发现英国曼彻斯特市的一个七层的停车场可以多提供300个车位，如果所有的柱子都用FRP復合材料加固。FRP复合材料加强混凝土的原理比较容易理解：在轴向压力下 ，混凝土柱有向四周膨胀的趋势。当FRP复合材料套在混凝土柱环向外边缘时，混凝土柱向四周膨胀的趋势将被阻碍。与圆形截面柱相比，其他截面形状的柱子在轴向受压时，会受到不均匀的FRP复合材料约束作用，比如矩形截面。

3 GRP约束混凝土柱轴心受压试验

做了一个GRP约束混凝土柱轴心受压的试验。试验有三个试件，一个是纯混凝土柱，一个被±45°GRP套管约束的混凝土柱，还有一个被±55°GRP套管约束的混凝土柱，试件的尺寸如表1所示。

试验中所用混凝土的抗压强度为33.7MPa，泊松比为0.22，混凝土的弹性模量为22.9GPa。三个试件分别通过加载机器从竖直方向上逐渐提供压应力，直到试件完全破坏。加载机器与试件接触的位置放置垫片，使柱子截面与加载机器能够达到完全接触。通过实验得到三个试件的轴压力-位移关系图如下：

4 分析与结语

试件的轴压力-位移图与应力应变图成正相关关系。通过图1可以看出，在纯混凝土试件受压的初始阶段，有一个位移增加，但是轴力并不增加的过程。原因可能在于初始加载阶段，混凝土柱顶面没有与加载机器充分接触。同样对于试件2、试件3也有同样的现象发生，并且更加明显。无论试件2还是试件3，都显著地提高了混凝土柱所能达到的最大轴压力，说明FRP套管对混凝土柱轴心受压强度有很好的提高效果。是同样的位移值下，±45°GRP试件受到更小的轴压力，±55°GRP试件需要受到更大的轴压力。FRP约束混凝土柱对于轴向受压的提高效果也与纤维的角度有关系。

参考文献：

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[2] Kit，M.J. Experimental Study of FRP Confined Concrete Cylinders Subjected to Compression Loading Unpublished thesis[D].Manchester：University of Manchester，2006.

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作者简介：杨帆（1990-），男，硕士，助教。