新型大断裂应变FRP约束混凝土圆柱的轴压性能.pdf
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1、2 0 1 0 年 第 7 期 (总 第 2 4 9 期 ) N u mb e r 7 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 2 4 9 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 理论研究 T HEORET I CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 7 0 1 5 新型大断裂应变 F R P约束混凝土圆柱的轴压性能 龙跃凌 。戴建国 。 ( 1 广东工业大学 土木工程系 ,广东 广州 5 1 0 0 0 6 ;2 香港 理工大学 土木及结构工程学系 ,香港) 摘要: 对新型大
2、断裂应变F R P约束混凝土圆柱的轴压性能进行变参数的应力一 应变全曲线研究, 研究参数有 F R P 种类、 包裹层数、 非 约束混凝土强度等。新型大断裂应变 F R P约束混凝土的轴压性能与 C F R P约束混凝土、 G F R P约束混凝土、 A F R P约束混凝土的轴压性能 相比较, 比较发现新型大断裂应变 F R P约束混凝土轴压性能优于一般F R P约束混凝土。 关键词: 大断裂应变;F R P ;约束混凝土; 轴压 中图分类号 : T U5 2 8 0 1 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 7 0 0 4 4 0
3、4 Be ha vi or o f ci r c u l a r c onc r e t e c ol umns c on f i ne d b y ne w- t ype d l ar ge r up t ur e s t r a i n F RP u nde r a x i al c ompr e s s i on LONG Yu e l i n g , DAIJ i a n - g u o ( 1 D e p a r t me n t o f Ci v i l E n g i n e e r i n g , Gu a n g d o n g U n i v e r s i t yo f
4、T e c h n o l o g y , Gu a n g z h o u 5 1 0 0 0 6 , Ch i n a ; 2 , De p a r t me n t o f C i v i l a n d S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g , T h e Ho n gK o n gP o l y t e c h n i c U n i v e r s i t y , Ho n g k o n g , C h i n a ) Ab s t r ac t : Re s e a r c h o n t h e s t r e s s - s t
5、 r a i n c u r v e s o f c o n c r e t e c o n fin e d b y n e w-t y p e d l arg e r u p t u r e s tra i n F RP s wi t h v a r i a b l e p a r a me t e r s h a v e b e e n c a r rie do ut T h e c o ns i d e r i n gpa r a m e t e r si n c l u d e st y pe s o fF RP, wr a p p i n gl a y e r s a nd s tr
6、e n g t h o f u n c o n fin e d c o nc r e t e Ax i a l c o mp r e s s i v eb e h a v i o ro f c o n c r e t e c o n fin e d b y l a r g e rupt u r e s t r a i n F RPs i s c o mp a r e d wi th t h a t o f c o n c r e t e c o n fin e d b y CF RP, GFRP a n d AFRP, d e mo n s tra t i n g t h a t t h e
7、S H p e r i o r i t y o f c o nc r e t e c o n fin e d b y n e w ty pe d l a r g e ru p t u r e s t r a i n FRPs wi t h g o o d p r os pe c t in c i v i l e n g i n e e rin g Ke y wor ds : l a r g e rup ture s t r a i n; FR P; c o n fi n e d c o n c r e t e ; a xi a l c o mp r e s s i o n 0 引言 近年来,
8、F R P材料由于其施工方便、 不改变原结构的动力特 性等优点在建筑结构加固中被广泛应用。目前, 对 F R P约束混凝 土的性能研究主要集中在 C F R P约束混凝土和 G F R P约束混凝 土 , 而对大断裂应变 F R P ( L R S F R P ) 约束混凝土的研究很少。 相对一般 F R P材料而言, 大断裂应变 F R P具有断裂应变较 大 ( 可达到 5 7 ) 和 弹性模 量较小 ( 仅 为 C F R P的 1 1 0甚 至 1 2 0 ) 的特点。 上述特点决定了在相同厚度的情况下, 大断裂应变 F R P提供约束应力较小 , 但大断裂应变 F R P较大的断裂应变
9、允 许被其约束的结构构件可以经历较大的变形 , 克服了一般 F R P 材料断裂应变较小而不利于抗震加固的缺点 , 非常适合结构抗 震加固。 对新型大断裂应变 F R P约束混凝土的轴压性能的研究, 有助于促进该新型大断裂应变 F R P在土木工程 的应用 。 本文首 次对新型大断裂应变 F R P约束混凝土的轴压性能进行探究。 1 大断裂应变F RP的材料参数 本文研究的新型大断裂应变F R P有4种: P E T 6 0 0 、 P E T 9 0 0 、 P E N - 6 0 0 、 P E N - 9 0 0 。其中P E T 6 0 0和 P E T 9 0 0的化学成分为聚 对苯
10、二甲酸乙二醇脂; P E N 6 0 0和P E N 9 0 0的化学成分为聚萘二 甲酸乙二醇酯。上述 4 种 F R P材料的力学参数具体见表 1 。 2 大断裂应变 F RP约束混凝土的轴压性能 目前 , 国内外关于基于分析( a n a ly s i s o r i e n t e d ) 的 F R P约束 混凝土应力一 应变关系模型的研究很多, 主要有以下几种模型: 表 1 大 断裂应变 F RP的材料参数 注 : t 、 E h分别为 F R P的厚度和弹性模量 ; 、 分别为 F R P的极 限抗拉强度和断裂应变 。 Mi r mi r a n和 S h a h a w y提出的
11、模型同 ; S p o e l s t r a和Mo n t i 提出 的模型 ; C h u n和 P a r k提出的模型时 ; B i n i c i 提出的模型( ; 滕 锦光等 提 出的模 型 l l ; F a m 和 Ri z k a l l a提 出的模 型 1 2 ; ( ) H a r r i e s 和 K h a r e l 提出的模型; Ma r q u e s 等提出的模型 14 1 。 文献 1 5 应用 4 8个混凝土圆柱试件试验数据与上述模型 的计算结果进行比较。研究发现, 与其他模型相比, 滕锦光等提 出的模型 1 1 】能更好地反映 F R P约束混凝土的
12、轴压性能, 与试验 数据最吻合。但在约束应力较小即应力一 应变曲线出现下降段 的情况下 , 上述所有模型都未能很好地反映 F R P约束混凝土的 轴压性能。故文献 1 5 】 对滕锦光等提出的模型1 1】 进行修正, 使修 正后的模型在强约束或弱约束情况下都能反映 F R P约束混凝 土的轴压性能。 采用修正的滕锦光等提出的模型1 5 对 3 6个新型大断裂应 变F R P约束混凝土圆柱( 圆柱直径 D = 1 5 0 mm, 柱高H= 3 0 0 mr r 1 ) 的轴压性能进行应力一 应变全曲线研究。 研究参数有 F R P种类、 包裹层数 、 混凝土强度, 详见表 2 。 其中混凝土强度
13、分别采用C 3 0 、 C 4 0 、 C 5 0混凝土轴心抗压强度的标准值。 收稿 日期 :2 0 1 0 - 0 2 2 4 基金项 目:广东省 自然科学基金项 目资( 9 4 5 1 0 0 9 0 0 1 0 0 2 7 4 4 ) ; 广东工业大学博士基金 ( 0 8 3 0 6 1 ) 4 4 表 2 大断裂应变 F R P约束 混凝土 圆柱参数 图 1 ( a ) 、 ( b ) 、 ( C ) 分别给出了混凝土等级为 C 3 0 、 C 4 0 、 C 5 0 时 P E T 6 0 0约束混凝土圆柱在 F R P包裹层数不同时( 混凝土强 度相同) 的应力一 应变曲线。由图可
14、见, 在非约束混凝土强度相 同时,随 F R P包裹层数增加, P E T 6 0 0约束混凝土圆柱的极限 强度和极限应变都显著增加。 当混凝土等级为C 3 0时, 包裹 1 、 2 、 3层 P E T 6 0 0 , 其极限强度与非约束混凝土相比分别提高了2 、 3 5 、 4 9倍, 其极限应变与非约束混凝土( 非约束混凝土极限压 应变取 0 0 0 3 5 ) 相比分别提高了2 l 、 3 7 、 5 3 倍。 当混凝土等级为 C 4 0时, 包裹 1 、 2 、 3 层 P E T 6 0 0 , 其极限强度与非约束混凝土相 比分别提高了 1 7 、 2 8 、 3 8倍, 其极限应
15、变与非约束混凝土相比 分别提高了 1 7 、 2 9 、 4 1 倍。当混凝土等级为 C 5 0时, 包裹 l 、 2 、 3 层P E T 6 0 0 , 其极限强度与非约束混凝土相比分别提高了 1 5 、 2 4 、 3 2 倍, 其极限应变与非约束混凝土相比分别提高了 1 5 、 2 5 、 3 5 倍。 此外 , 由图 1 ( a ) 、 ( b ) 、 ( c ) 可见, 在 F R P包裹层数相同时, 随混 凝土等级的提高, 约束混凝土的极限强度和极限应变提高的幅 度减小。值得注意的是 , 在混凝土等级较高时( C 5 0 ) , 包裹 1 层 P E T 一 6 0 0 时, 其
16、应力一 应变曲线出现了明显的“ 上升一 下降一 上升” 8 ( b ) C4 0 1 4 图 1 P E T - - 6 0 0约束混凝土圆柱在 F RP包裹层数不同时的应力 应变曲线 情形, 不同于一般 F R P约束混凝土应力一 应变曲线“ 二段上升” 情 形( 强约束) 或“ 上升一 下降” 、 “ 上升 持平一 下降” 情形( 弱约束) 。 类似地 , P E N 一 6 0 0约束混凝土圆柱在 F R P包裹层数不同时 ( 混凝土强度相同) 的应力一 应变曲线见图2 。当混凝土等级为 C 3 0 时, 包裹 1 、 2 、 3层 P E N一 6 0 0 , 其极限强度与非约束混凝土
17、相 比 分别提高了2 3 、 3 8 、 5 - 3倍, 其极限应变与非约束混凝土相比分 别提高了 1 8 、 3 1 、 4 5 倍。 当混凝土等级为 C 4 0时, 包裹 1 、 2 、 3 层 P E N 6 0 0 , 其极限强度与非约束混凝土相比分别提高了 1 9 、 3 、 4 1 倍, 其极限应变与非约束混凝土相 比分别提高了 1 4 、 2 5 、 3 5 倍。当 混凝土等级为 C 5 0时, 包裹 1 、 2 、 3层 P E T 6 0 0 , 其极限强度与 非约束混凝土相比分别提高了 1 6 、 2 6 、 3 5倍, 其极限应变与非 约束混凝土相比分别提高了 1 3 、
18、 2 1 、 2 9 倍。另外, 在相同包裹层 数时, P E N一 6 0 0约束混凝土的极限强度提高幅度较 P E T 6 0 0约 束混凝土大, 但其极限应变提高幅度较 P E T 6 0 0约束混凝土小。 这是 由于 P E N 6 0 0材料特性决定的 : P E N 6 0 0的弹性模量较 P E T 6 0 0大, 而其断裂应变较 P E T 6 0 0 小。 由于 P E T 一 9 0 0与 P E T 6 0 0 、 P E N 9 0 0与 P E N 6 0 0只是厚度 不同: P E T 9 0 0的厚度是 P E T 6 0 0的 1 5倍; P E N 9 0 0
19、的厚度是 P E N 6 0 0的 1 5 倍( 见表 1 ) 。故 P E T 9 0 0 约束混凝土圆柱在F R P 包裹层数不同时( 混凝土强度相同) 的应力一 应变曲线与 P E T 6 0 0 约束混凝土圆柱在 F R P包裹层数不同时( 混凝土强度相同) 的 应力一 应变曲线的类似; P E N 9 0 0约束混凝土圆柱在 F R P包裹 层数不同时的应力一 应变曲线与 P E N 6 0 0约束混凝土圆柱在 45 1 6 图 2 P E N - 6 0 0约束混凝土圆柱在 F RP F R P包裹层数不同时的应力一 应变曲线的类似, 这里不再赘述。 图 3给出了各类大断裂 F R
20、 P ( P E T 6 0 0 、 P E N一 6 0 0 、 P E T 9 0 0 、 P E N 9 0 0 ) 约束混凝土圆柱( F R P包裹层数相同, 混凝土等级 C 5 0 ) 的应力一 应变曲线。由图可见, 包裹层数相同时, 各类大断裂 F R P 约束混凝土的极限强度从大到小依次为: P E N 9 0 0约束混凝土、 P E T 9 0 0约束混凝土、 P E N 6 0 0约束混凝土、 P E T 6 0 0约束混凝 土。包裹层数相同时, 各类大断裂 F R P约束混凝土的极限应变 从大到小依次为: P E T 9 0 0约束混凝土 、 P E N 9 0 0约束混凝
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