BFRP约束混凝土方柱试验与理论值比较

第４０卷第１１期　・５４・　２　０　１　４年４月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．４０　Ｎｏ．１１　Ａｐｒ．　２０１４　

文章编号：１００９—６８２５（２０１４）１　１—００５４—０３　

ＢＦＲＰ约束混凝土方柱试验与理论值比较　

祝军权　

（广东中山市新环环保工程有限公司，广东中山　５２８４００）　

摘要：在试验的基础上，对采用ＢＦＲＰ约束钢筋混凝土方柱试验强度和理论强度模型公式得出的强度进行了比较并研究了尺寸　

效应对加固效果的影响，分析结果表明：通过合理选择理论强度模型公式，可较好地计算纤维布加固混凝土柱的轴心受压性能，不　

同尺寸的混凝土方柱存在较明显的尺寸效应。　

关键词：ＢＦＲＰ，混凝土方柱，尺寸效应　

中图分类号：ＴＵ３７５．３　文献标识码：Ａ　

混凝土力学性能的尺寸效应是多年来研究的热点和难点问　

题，因此国内外进行了大量试验和理论分析。如Ｂａｚａｎｔ和　Ｘｉａｎｇ＿】　利用劈裂裂纹带模型结合实验研究分析了几何相似素混　

凝土柱在轴压下的强度的尺寸效应；Ｓｅｎｅｒ等人　实验研究了几　

何相似钢筋混凝土方柱的强度，表明其强度与Ｂａｚａｎｔ等人　。　早　

期提出的尺寸效应率一致。目前国内外关于ＦＲＰ约束方柱体的　

模型研究很多，通过对现有的计算模型分析比较，可知已有的极　

限强度计算公式，有的是直接引用箍筋约束混凝土公式；有的是　

根据ＦＲＰ约束混凝土方柱的试验数据回归得到的，由于试验数据　

数量的限制，精度不高；有的计算方法还较复杂。Ｔｅｎｇ＿５　等分析　

汇总的模型结果显示，计算精度相对较高。同时，考虑了箍筋的　

约束情况、截面形状系数、倒角的影响、ＦＲＰ的间距以及ＦＲＰ的极　限拉应力、层数等因素，预测精度相对而言较高，和试验数据吻合　

的较为接近。　

１）试验设计。　

本试验选用的试件为钢筋混凝土方柱，其尺寸为ｂ×ｈ（ｂ为正　方形截面边长，ｈ为柱高），为使试件中部摆脱端部摩擦力的影响，　

处于单轴均匀受压状态，取ｈ／ｂ＝５；试件分为三种尺寸，其中每种　

尺寸分别有包ＢＦＲＰ的５个，没包的分别为４个，总共２７个试件，　

加固的方柱采用全包的粘贴方式（见表１）。　

表１试验试件参数表　

组号　编号　试件尺寸／ｍｌ／１　加固形式　备注　箍筋　纵筋　，　１　ＷＳＯ－１，ＷＳＯ－２，　ｌ００×１ｏ０×　未粘布　倒角处理　６６．５＠１００　４中ｌ２　ＷＳＯ－３．ＷＳＯ．４　５０ｏ　

ＪＳ２－ｌ，ＪＳ２－２，ＪＳ２－３，　１０ｏ×ｌ０ｏ×　２　两层全包　倒角处理　６６．５＠１００　４中１２　ＪＳ２－４，ＪＳ２－５　５ｏ０　

ＷＭ０一ｌ，ＷＭ０－２，　１５０×１５０　ｘ　３　未粘布　倒角处理　６８＠ｔＯ０　４中１８　ＷＭＯ－３，ＷＭ０．４　７５０　

ＪＭ３一ｌ，ＪＭ３－２，ＪＭ３－３，　１５Ｏ×１５０　ｘ　４　三层全包　倒角处理　６８＠１００　４　ｌ８　ＪＭ３・４，ＪＭ３－５　７５０　

ＷＬＯ一１，ＷＬ０－２，　２ｏｏ×２ｏ０×　５　未粘布　倒角处理　击ｌ０＠１２０　４（Ｉ）２５　ＷＬＯ　３．ＷＬＯ．４　１　ｏｏ０　

ＷＩＡ　ｌ，Ｗ　－２，ＷＩＡ－３，　２ｏ０×２０ｏ×　６　四层全包　倒角处理　６１０＠１２０　４ｑ）２５　ＷＬ４—４．ＷＬ４－５　ｌ　Ｏｏｏ　

１）加固设计时，考虑二次弯矩的影响，计算初始弯矩作用下　

结构的变形和截面的应变；２）在加固施工时，对结构进行卸载，恢　［２］　

复部分变形能力。　

４结语　［３］　

碳纤维材料是一种十分优秀的加固材料，广泛应用于结构加　

固工程中，在实际应用时需要考虑碳纤维布和碳纤维板材料性能　［４］　

不同，并且对采用不同材料性能时的加固方式的选择给出了一些　

建议，同时讨论了碳纤维材料加固设计时被加固构件的二次受力　［５］　

问题。文中给出的建议都是在假定碳纤维布与混凝土面之间没　

有相对滑移的条件下得出的，因此碳纤维布与混凝土基面之间的　［６］　

剥离需要进行控制。　

参考文献：　［７］　

［１］　吴刚，安琳，吕志涛．碳纤维布用于钢筋混凝土梁抗弯加　固的试验研究［Ｊ］．建筑结构，２０００（７）：４５－４７．　邓宗才．碳纤维布增强钢筋混凝土梁抗弯力学性能研究　

［Ｊ］．中国公路，２００１（２）：４５－５１．　

尚守平，彭　晖，童桦．预应力碳纤维布材料加固混凝土　受弯构件的抗弯性能研究［Ｊ］．建筑结构学报，２００３（５）：４６．　

丁亚红，张春生，曾宪桃．内嵌ＣＦＲＰ筋抗弯加固混凝土梁　

试验研究［Ｊ］．钢璃钢／复合材料，２００９（４）：５６．　

杨力彬．碳纤维布（ＣＦＲＰ）在建筑物结构加强中的应用［Ｊ］．　

山西建筑，２０１２，３８（１５）：４０・４１．　

Ｍｅｉｅｒ　Ｕ．Ｆｉｂｅｒ．Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ．Ｐ１　ａｓｔｉｃ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　

Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，１９９３．　

Ｔｈａｎａｓｉｓ　Ｃ．Ｔｒｉａｎｔａｆｉｌｌｌｏｕ　Ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈｉｎｇ　ｏｆ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｎ－　

ｃｒｅｔｅ　ｂｅａｍｓ　ｕｓｉｎｇ　ｅｐｏｘｙ－ｂｏｎｄｅｄ　ＦＲＰ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，１９９８．　

Ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

ＺＨＡＮＧ　Ｃｈｕｎ－ｌｉｎ　ＸＵ　Ｈｕａ　（ｊｉａｎｇｓｕ　Ｗｕｚｈｏｎｇ　Ｒｅａｌ　Ｅｓｔａｔｅ　Ｇｒｏｕｐ　Ｌｉｍｉｔｅｄ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｓｕｚｈｏｕ　２１５０００，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｓｈｅｅｔ　ａｎｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｐｌａｔｅ，ａｎｄ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ　ｔｈｅ　ｎｏｎ　ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ　ａｎｄ　

ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ，ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｆｏｒｃｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｍａｔｔｅｒｓ　ｓｈｏｕｌｄ　ｐａｙ　

ａｔｔｅｎｔｉｏｎ　ｔｏ　ｉｎ　ｕｓｉｎｇ　ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｔｏ　ｍａｋｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｆｕｔｕｒｅ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｐｒｏｊｅｃｔ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌ。ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｐｒｅ—ｓｔｒｅｓｓｅｄ　

收稿日期：２０１４－０２—０２　作者简介：祝军权（１９７３．），男，

工程师　ｏ１　荤　智　祝军权：ＢＦＲＰ约束混凝土方柱试验与理论值比较　・５５・　

实验中所选用的水泥为江西省上高县界埠水泥有限责任公司　

生产的“泥海”牌３２．５级普通硅酸盐水泥；粗骨料为卵石，最大粒　

径２５　ｍｍ，其堆积密度为１　６２０　ｋｇ／ｍ　，表观密度为２　６３５．５　ｋｇ／ｍ３，　

空隙率为３８．５３％，含水率为０．２４４％；细骨料为河砂，细度模数　

为２．２２；外加剂为江西省创新外加剂有限公司生产的聚羧酸盐高　

效减水剂ＬＣＸ－９。　

２）不同尺寸钢筋混凝土方柱试验数据及对比分析见表２。　表２不同尺寸钢筋混凝土方柱试验数据及对比分析表　

试件　加固层　极限荷载　极限应力　纤维布实测极限　试件尺寸　编号　数ｎ　Ｆ　／ｋＮ　ａ／ＭＰａ　应变勺印，　ａｘ　１ｏｏ×１００×　ＡＯ　０　３７１．５　３７．２　５００（Ａ）　Ａ２　２　４９８　４９．８　１４１７３　１５Ｏ×１５０×　Ｂ０　０　８８８．８　３９．５　７５０（Ｂ）　Ｂ３　３　ｌ　Ｏ９５　４８．６７　ｌ６　２２７　２ｏｏ×２０ｏ×　ｃｏ　Ｏ　１　６５７．５　４１．４３　１　０００（Ｃ）　ｃ４　４　ｌ　９３１　４８．３　１０　４５２　

“Ａ０”则表示为没有粘贴ＢＦＲＰ布加固的尺寸１００　ｍｍ×　

１００　ｍｍ×５００　ｍｍ方柱；“Ｃ４”则表示为粘贴了４层ＢＦＲＰ布加固　

的尺寸２００　ｍｍ×２００　ｍｍ×１　０００　ｍｍ方柱。　３）主要就比较典型的Ｔｅｎｇ　等的计算模型进行分析。　

模型的数学表达式（１）。　

ｆ　ｌ　ｆ　Ｊ，ｃｃ＿＿Ｌ＿，＝１＋ｋ１　ｄ　ｅｌ，ｋ１＝２．０　（１）　ＪＣＯ　Ｊ由　

其中　＝—｝ｋｔｋ　ｋｇｚ　为箍筋约束ＦＲＰ未约束混凝土　

的强度，按式（２）计算。　

＝１“Ｏｋｌｋ　（２）　Ｊ曲　Ｊ鼬　其中，ｋ　，　，ｋ　分别为截面形状系数、倒角应力降低系数、　

ＦＲＰ间距影响系数。本试验采用的是全包所以ｋ以＝１．０，把截面　

形状系数ｋ　、倒角应力降低系数　，用一个字母　来表示，即：　

：１＋１．ｏ　。　ｊ曲　ｊ曲　本实验所选用的玄武岩纤维材料为布状材料，且厶　是根据　

ＢＦＲＰ布厂家提供的　值确定的。约束混凝土试件的轴压试验　

中，在试件破坏的极限形态实际测得的玄武岩纤维布的横向拉应　

变定义为碳纤维布的有效拉应变ｓ　，纤维布的有效拉应变不大　

于材性试验提供的纤维布的极限拉应变ｓ　。　

ＦＲＰ构件的理论值和试验值比较见表３，荷载曲线见图１。　

Ｚ　纛　棺　Ｏｏ０　８００　６ｏ０　４００　２００　Ｏ００　８０ｏ　６００　４００　＋理论值　一试验值　

构件边长／ｍｍ　图１　ＦＲＰ构件的荷载曲线　４）比较结论。　

从表３比较的结果可以看出，混凝土试块的抗压强度都随着　

玄武岩纤维布包裹层数增加而增加。但试验柱极限强度的增长　基本与玄武岩纤维布用量呈正比。且试验值的精度较高与理论　

值基本吻合。另外，在相同的ＢＦＲＰ加固率的情况下，不同尺寸的　

试件极限强度提高的幅度随着尺寸的增大而降低，这也说明ＦＲＰ　

约束几何相似的钢筋混凝土方形柱之间存在尺寸效应现象。　

５）约束钢筋混凝土方形柱强度尺寸效应分析。　表３　ＦＲＰ构件的理论值和试验值的比较　

不同尺寸（ｍｍ）下所对应的荷￣￣／ｋＮ　参数　ｌ０ｏ×ｌ０ｏ×５００　１５０×１５Ｏ×７５０　２ｏ０×２ｏ０×ｌ　０（）ｏ　理论值　４６１　１　１３７　ｌ　８８４．８　试验值（平均值）　４９８　１　Ｏ９５　ｌ　９３１　

通过对试验数据的定性分析，可以看出纤维布包裹层数、包　

裹方式、被加固构件的截面形状、倒角半径等这些因素都对加固　

后的混凝土强度有显著的影响。表４为钢筋混凝土方形柱试件　

的尺寸效应结果。图２为试件直径大小与其抗压强度提高幅度　

之间的对应关系。　

表４外包玄武岩纤维的不同尺寸试件结果比较　

试件尺寸　ｌｏｏ×ｌ００×　ｌｏ０×ｌ０ｏ×　１５Ｏ×ｌ５Ｏ×　１５Ｏ×１５０×　２０ｏ×２ｏｏ×　２０ｏ×２ｏ０×　（编号）　５００（Ａ０）　５００（Ａ２）　７５０（ＢＯ）　７５０（Ｂ３）　１　０００（ＣＯ）　１　０００（ｔ２４）　

平均荷载　３７１．５　４９８　８８８．８　ｌ　０９５　ｌ　６５７．５　ｌ　９３ｌ　ｋＮ　

抗压强度　３７．２　４９．８　３９．５　４８．６７　４１．４３　４８．３　ＭＰａ　强度提幅　０　３３．８７％　Ｏ　２３．２ｌ％　Ｏ　２０．５％　换算系数　１．０ｏ　１．３３８　７　１．ｏ０　１．２３２ｌ　１．００　１．２０５　１．ｏｏ　１．３３８　７　１．３０８　３　１．２９８　４