FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱受压性能及承载力计算模型

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纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)约束钢筋混凝土结构是目前国内外结构加固改造研究和应用的热点,尤其适合于已有损伤混凝土结构的补强加固。然而,在各种使用荷载和侵蚀性环境作用下,受损钢筋混凝土结构采用FRP材料加固后,其内部的钢筋在侵蚀性环境作用下可能会继续锈蚀,外部FRP材料在侵蚀性环境作用下的约束效果也会受到影响。因此,研究FRP约束受损混凝土结构在侵蚀环境下的力学性能十分必要。本文进行了 FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱受压性能试验研究和理论分析。主要内容如下:(1)通过15组FRP条带的拉伸试验,研究了侵蚀环境类别和作用方式、FRP条带种类和层数对FRP条带拉伸性能的影响。结果表明,常温环境下、冻融和干湿循环作用后,CFRP条带和GFRP条带的拉伸应力-应变关系近似为直线;常温环境下CFRP条带、GFRP条带的拉伸强度、弹性模量和延伸率几乎不受条带层数的影响;冻融环境对GFRP条带的影响大于CFRP条带,冻融循环75次时,CFRP条带和GFRP条带的拉伸强度分别是未冻融的0.978倍和0.898倍,并且随着冻融循环次数的增加,CFRP条带和GFRP条带拉伸强度逐渐下降;干湿循环作用对GFRP条带拉伸性能没有明显的影响。最后,提出了侵蚀环境下FRP条带拉伸强度计算模型。(2)通过加速腐蚀试验,分析了损伤程度、FRP条带种类和层数对FRP加固钢筋混凝土圆柱极限荷载、轴向位移、环向应变的影响;基于对FRP条带约束效应、损伤程度对混凝土截面及钢筋力学性能影响的研究与分析,提出了 FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱轴压承载力计算模型。(3)通过侵蚀环境下FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱轴压试验,分析了侵蚀环境对混凝土强度、极限荷载、轴向位移和环向应变的影响。结果表明,混凝土强度受侵蚀环境的影响较大,轴向极限荷载和荷载-轴向位移曲线与FRP条带种类和侵蚀环境作用次数有关。基于对侵蚀环境下FRP条带间隔约束效应、混凝土强度损伤系数及钢筋力学性能的研究与分析,提出了侵蚀环境下FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱轴压承载力计算模型。(4)通过FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱偏压试验,分析了偏心距、锈蚀率和FRP条带种类对钢筋混凝土圆柱破坏形态、承载力、竖向应变和受压区高度的影响;采用连续的钢带代替分散布置的钢筋,并将圆形截面等效为矩形截面,提出了 FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱偏压承载力计算的数值模型,建立了钢带在不同屈服状态下FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱偏压承载力的简化计算模型。
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