玄武岩纤维布约束混凝土柱体的轴压性能试验研究

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发布时间：2021-09-03

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玄武岩纤维布约束混凝土柱体的轴压性能试验研究
邓宗才，付建斐
(北京工业大学建筑工程学院，北京100124)
摘要：为了掌握玄武岩纤维(BFRP)布对混凝土柱体的约束效果，通过玄武岩纤维布约束混凝土圆柱体、棱柱体的轴压试验，
研究了其破坏形态、应力一应变曲线、峰值应力及峰值应变。试验结果表明：①相比未约束混凝土试件，玄武岩纤维布粘贴2～7层
时，约束圆柱体和棱柱体试件的抗压强度分别提高了78．8％～255．1％和125．1％～365．2％，峰值应变分别提高了335．2％～839．4％和
418．9％-958．5％；②混凝土试件的抗压强度与约束层数之间近似线性关系；纤维布约束层数相同时，圆柱体试件的抗压强度高于
棱柱体；③基于试验数据拟合了玄武岩纤维约束混凝土圆柱体和棱柱体的强度模型，模型与试验数据吻合良好。
关键词：玄武岩纤维布；混凝土；力学性能；强度
中图分类号： TU528．0l 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2013)07—0037—04
Experimental study on mechanical property of concrete columns confined by
basalt fiber reinforced polymer under axial compression
DENG Zongcai，FU Jianfei
(TheCollegeofArchitectureandCivilEngineering，BeijingUniversityofTechnology，Beijing 100124，China)
Abstract： Based on the experiment ofconcrete circular and quadrate columns confined by basalt fiber reinforced polymer under axial com—
pression，itanalyzedfailureconfiguration，stress—straincurve，bearingcapacityandpeak straininordertoinvestigate constraintefectofbasalt
FRP(BFRP)forconcretecolumns．Experimentalresults showthat：@Comparedwiththe specimenswithoutconfinement，thebearingcapacity
of circular and quadrate specimens confined by basalt fiber reinforced polym er from two to seven layers improved by 78．8％ -255．1％ and
125．1％-365．2％ respectively，peak strain improves by 335．2％ 839．4％ and 418．9％~958．5％ respectively；．( The relationship between bearing
capacity ofconcrete specimens and the layer ofbasalt fiber reinforced polym er was almost linear．When the number oflayers ofbasalt fib er
reinforcedpolym erwere same，thebearing capacityofconcrete circular specimenswashigherthan quadrate specimens’；(墨)Basedon exper·
imental data．strengthmodelsofconcretecircular andquadratecolumn swerebuiltwhichcorrespondwith theexperimentaldat￡L
Key words： basalt fiber reinforced polym er；concrete；mechanical property；strength
0 引言
5．12汶川特大地震后，研究抗震加固技术具有重要的现
实意义，全国众多抗震等级较低的建筑物需要抗震加固，对抗
震加固技术的需求非常迫切。纤维增强复合材料(FRP)具有轻
质、高强、耐腐蚀、施工方便等优点哪，已广泛应用于加固领域。
目前加固工程中常用的纤维片材有碳纤维(CFRP)、玻
璃纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维(PEFI )布等。其中CFRP
的力学和物理性能最为理想圆，但碳纤维原丝基本依赖进
口，价格较高；玻璃纤维价格较便宜，但耐腐蚀性较差，且
弹性模量较低，使用受到一定的限制。作者曾研究了聚乙
烯纤维布约束混凝土柱的轴压性能『3]，PEFRP布约束柱可
以提高其强度和变形能力。玄武岩纤维(BFRP)是一种新
型纤维，它具有良好的耐火性、较高的抗拉强度和弹性模
量，且价格便宜，在加固领域具有广阔的发展前景[4／。本文
对BFRP布约束混凝土圆柱体、棱柱体试件的轴压性能进
收稿日期：2013-01—11
行了试验研究和理论分析，探讨了加固层数、试件形状等对
约束效果的影响规律，试验结果为工程加固提供参考数据。
1 试验方案
1．1 试验设计
共有21个100mmxl00minx300nun的棱柱体，21个
直径150 mm、高300 mill的圆柱体。混凝土配合比为：水泥
433 kg／m3,．粗骨料1 260kg／m3,细骨料591 kg／m3,水165 kg／m ，
采用P·0 32．5级水泥，碎石最大粒径20 mm。试件浇筑完24 h
后脱模，在标准养护室养护28d，取出晾干后粘贴纤维布，纤
维布粘贴完毕7 d后进行轴压试验。纤维布采用江苏天龙玄武
岩连续纤维高科技有限公司生产的BFRP布，其材I生歹U于表1。
表1 玄武岩纤维布材性
· 37 ·

80
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轴向压应变，e
(a)2层BFRP约束混凝土圆柱体、棱柱体
0．005 0．010 0．015 0．020 0．025 0．030 0．035
轴向压应变，s
(c)4层BFRP约束混凝土圆柱体、棱柱体
70
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30
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暴2O
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0 0．01 0．02 0．03 0．04
轴向压应变／8
(b)3层BFRP约束混凝土圆柱体、棱柱体
l
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重 8。0
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O 0．01 0．02 0．03 0．04 0．05
轴向压应变，8
(d)5层BFRP约束混凝土圆柱体、棱柱体
轴向压应l，殳／e 轴向压应变／e
(e)6层BFRP约束混凝土圆柱体、棱柱体 (f)7层BFRP约束混凝土圆柱体、棱柱体
图3 BFRP约束混凝土圆柱体、棱柱体应力一应变全曲线
￡ ——FRP厚度； 2．3．2 约束混凝土棱柱体的强度模型
— — FRP抗拉强度；当FRP约束混凝土棱柱体时，其侧向约束力是不均匀
D——混凝土圆柱体的直径；的，在柱角对角线附近约束是最强的，而柱角之间的柱面
a,b——拟合函数的回归参数。处约束相对较弱，如图5。为了确定截面形状对约束应力的
许多研究者根据cFRP约束混凝土的试验结果给出影响，需考虑截面形状系数，见式(3)，该值取为有效约束
了0和b的值：Lem&Teng模型取a=2，b=1tsl；Karbhari模型区的面积与BFRP约束范围内整个面积的比值。
取 3．1，b=0．87t63；Tom~i模型取 3．5，b=0．85[ ；Mirmiran ， b2一 1TR 一2 2／3 ，¨
模型取n=4．269，b=0．587t81。本文采用最小二乘法对试验数 6 一 R
据进行线性回归，拟合出BFRP约束混凝土圆柱体的强度由于拐角处FRP存在较大的应力集中，故纤维布都是在
计算公式如下：拐角处首先被撕裂。研究表明，随着拐角半径与方柱边长6
⋯ ＼¨s 比直的增大，约束效果增强。为了解决拐角的应力集中问题，引
⋯ ＼／ L2 J 进了拐角应力集中降低系数计算见式(4)，其中kF0．212 1凹。
将试验测得的强度值、本文模型及根据已有模型求得的，If1、／，I 2R ．、／，l
强度值列于表5o可见，试验值与已有模型计算值有一定差广Il卜丁 l— 十丁 I (4)
距，原因是已有模型多是根据碳纤维布约束混凝土柱体的试本文BFRP约束混凝土棱柱体抗压强度模型采用下