层内混杂FRP加固混凝土柱恢复力模型研究

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发布时间：2021-09-06

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层内混杂FRP加固混凝土柱恢复力模型研究
邓宗才，曾洪超，徐海宾
(北京工业大学城市与工程防灾减灾省部共建教育部重点实验室，北京100124)
摘要：为了给混杂FRP加固混凝土结构的弹塑性分析和加固设计提供计算模型，根据层内混杂FRP加固混
凝土柱抗震性能的试验结果，以退化三线形模型为基础，通过回归分析，考虑了轴压比、体积配箍率和体积含
纤率的影响，提出了混杂FRP加固混凝土柱的骨架曲线特征点参数确定公式和滞回曲线退化刚度确定公式．
结果表明，所建立的恢复力模型骨架曲线和滞回曲线与试验值比较吻合．
关键词：层内混杂FRP；轴压比；体积配箍率；体积含纤率；恢复力模型
混凝土柱是结构的主要承重构件，其抗震安全
性极其重要．近年来地震灾害频发，关于桥梁墩柱和
框架柱等重要构件的抗震加固引起了人们的广泛关
注．纤维复合材料(Fiber Reinforced Polymer，简称
FRP)具有轻质高强、耐腐蚀和便于施工的优点，可
用于桥梁墩柱和框架柱的抗震加固．碳纤维、芳纶纤
维强度高，但脆性大，地震时易发生撕裂或断裂，加
固突然失效．混杂FRP具有高延性的特点，加固结
构的综合抗震能力显著优于单一纤维布，能充分发
挥各种纤维优势，显著改善结构的变形能力、耗能能
力和延性，防止结构倒塌．
目前对未加固混凝土柱抗震试验和恢复力模型
研究较多 “ ，而关于混杂FRP加固柱抗震性能、
恢复力模型的研究鲜见报道．作者对层内混杂
FRP加固混凝土柱抗震性能进行了试验研究，发
现延性混杂FRP加固柱具有良好的抗震延性和耗
能能力，属于延性破坏．文中对试验数据进行了统计
分析，探讨了轴压比n、体积配箍率P 以及体积含纤
率p，对混杂FRP加固混凝土柱恢复力特性的影响，
建立了简化的恢复力模型，将为混杂FRP加固混凝
土柱抗震验算和加固计算提供依据．
1 恢复力模型的建立
恢复力模型可分为曲线型和折线型．曲线型恢
复力模型与工程实际较为接近，但应用不便．因此目
前较为常用的恢复力模型多为折线型，主要有双线
型、三线型、四线型(带负刚度段)、退化双线型、退
化三线型、定点指向型和滑移型．恢复力模型选用的
原则是：① 具有一定的精度，能够体现实际构件或结
构的主要滞回特性，并能在一定程度上再现试验结
果；② 简便实用，结构动力非线性分析能在建立的恢
复力模型基础上有效进行．
恢复力模型的描述必须遵照一定的方法以使得
计算的每一步都准确、有序．目前常用的方法主要有
理论计算法、系统识别法和试验拟合法3种，其中试
验拟合法是根据试验得出的数据，选择合适的数学
模型，定量地确定出骨架曲线、各标准滞回环以及由
二者组成的恢复力曲线，并基于各标准滞回环的比
较确定反复加载下的刚度退化规律，能够较为准确
地反映结构的主滞回特征和骨架曲线，一般使用较
多．文中采用试验拟合法，抓住主要的恢复力特性，
对混杂FRP加固混凝土柱的恢复力模型进行研究．
2 混杂FRP加固混凝土柱恢复力模
型的确定
恢复力模型由骨架曲线和滞回规则2个部分组
成，要确定恢复力模型，必须先确定骨架曲线，然后
根据适当的滞回规则进行加卸载．压弯构件中比较
常用的恢复力模型为考虑刚度退化、强度退化和滑
移捏缩效应的退化三线型模型，如图1所示．其骨架