對FRP混凝土柱軸心受壓試驗(yàn)的分析

楊帆　趙志明

摘 要：FRP復(fù)合材料具有許多優(yōu)良的力學(xué)性能，被廣泛地應(yīng)用于土木工程領(lǐng)域。本文通過對一個(gè)FRP外包混凝土柱軸心受壓試驗(yàn)的詳細(xì)描述與分析，總結(jié)出FRP混凝土柱的一些受力特點(diǎn)和力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；FRP混凝土柱；軸心受壓

1 FRP復(fù)合材料

介紹了關(guān)于FRP復(fù)合材料的概念、組成成分和力學(xué)性能。這本書呈現(xiàn)了關(guān)于FRP復(fù)合材料的基本知識(shí)。首先，一個(gè)復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的材料，為達(dá)到某種優(yōu)越的物理或化學(xué)特性而結(jié)合在一起的。FRP復(fù)合材料主要是由纖維和基質(zhì)組合而成的。其中纖維的功能是提供絕大部分的強(qiáng)度和剛度，基質(zhì)是用來把纖維聯(lián)系在一起并且傳遞荷載。在復(fù)合材料的眾多類型的纖維中，玻璃纖維、碳纖維和有機(jī)纖維是最流行的。聚合物是常見的基質(zhì)材料。

2 FRP混凝土柱作用機(jī)理

為了提升混凝土柱的結(jié)構(gòu)性能，用FRP復(fù)合材料包裹混凝土是一種有效地方法，尤其是當(dāng)設(shè)計(jì)或者施工缺陷存在時(shí)，比如配筋不充足。 發(fā)現(xiàn)英國曼徹斯特市的一個(gè)七層的停車場可以多提供300個(gè)車位，如果所有的柱子都用FRP復(fù)合材料加固。FRP復(fù)合材料加強(qiáng)混凝土的原理比較容易理解：在軸向壓力下 ，混凝土柱有向四周膨脹的趨勢。當(dāng)FRP復(fù)合材料套在混凝土柱環(huán)向外邊緣時(shí)，混凝土柱向四周膨脹的趨勢將被阻礙。與圓形截面柱相比，其他截面形狀的柱子在軸向受壓時(shí)，會(huì)受到不均勻的FRP復(fù)合材料約束作用，比如矩形截面。

3 GRP約束混凝土柱軸心受壓試驗(yàn)

做了一個(gè)GRP約束混凝土柱軸心受壓的試驗(yàn)。試驗(yàn)有三個(gè)試件，一個(gè)是純混凝土柱，一個(gè)被±45°GRP套管約束的混凝土柱，還有一個(gè)被±55°GRP套管約束的混凝土柱，試件的尺寸如表1所示。

試驗(yàn)中所用混凝土的抗壓強(qiáng)度為33.7MPa，泊松比為0.22，混凝土的彈性模量為22.9GPa。三個(gè)試件分別通過加載機(jī)器從豎直方向上逐漸提供壓應(yīng)力，直到試件完全破壞。加載機(jī)器與試件接觸的位置放置墊片，使柱子截面與加載機(jī)器能夠達(dá)到完全接觸。通過實(shí)驗(yàn)得到三個(gè)試件的軸壓力-位移關(guān)系圖如下：

4 分析與結(jié)語

試件的軸壓力-位移圖與應(yīng)力應(yīng)變圖成正相關(guān)關(guān)系。通過圖1可以看出，在純混凝土試件受壓的初始階段，有一個(gè)位移增加，但是軸力并不增加的過程。原因可能在于初始加載階段，混凝土柱頂面沒有與加載機(jī)器充分接觸。同樣對于試件2、試件3也有同樣的現(xiàn)象發(fā)生，并且更加明顯。無論試件2還是試件3，都顯著地提高了混凝土柱所能達(dá)到的最大軸壓力，說明FRP套管對混凝土柱軸心受壓強(qiáng)度有很好的提高效果。是同樣的位移值下，±45°GRP試件受到更小的軸壓力，±55°GRP試件需要受到更大的軸壓力。FRP約束混凝土柱對于軸向受壓的提高效果也與纖維的角度有關(guān)系。

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作者簡介：楊帆（1990-），男，碩士，助教。