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影响FRP约束混凝土柱力学性能的参数分析武萍，于峰，贡志刚（1.安徽工业大学建筑工程学院，马鞍山243002） （2.马鞍山市工程质量检测中心马鞍山 243000）1引言通过FRP对混凝土的约束作用，可以显箸地提高其承载力和延性FRP约束混凝林的应 用方式主要两种：一种是用于旧有结构的维修加固，另一种是用于新建结构中为了合理对 FRP约朿混凝十柱进行设计，确定混凝十柱的承载力和延性的提高效果是很重要的早期有 些学者直接引用钢筋约束混凝土的模型或钢管混凝十■的模型来预测FRP约束混凝土柱的性 能，结果表明，计算存在较人的误差这主要是因为约束机理的不同，钢材是弹蜩性材料, 在钢材屈服后，其应力保持不变，而应变仍然可以继续增加；而FRP是线弹性材料，在构 件发生破坏之前，其应力和应变一直处于增加状态由于钢材和FRP约束机理的不同，因此必需建立适合于FRP约束混凝土柱的计算模型 国内外的学者对此开展了大量的试验研究和理论分析，姥立了相应的计算模型但这些模型 只是考虑影响FRP约束混凝土柱力学性能一种因素或儿种因素的影响本文通过对已有的 犬最的试验数据进行分析后，认为影响FRP约束混凝土柱力学性能的因索主要有：混凝土 的强度等级、纤维复合材料（FBP）的种类、FRP的厚度和方向、环箍间距、混凝土的截面 形状、构件的长细比和尺寸效应、并对这些影响因索进行综述和分析。

2影响FRP约束混凝土柱性能的分析2.1凝土强度等级对混凝土柱力学性能的影响陈世欣对不同强度等级的索混凝土柱包裹FRP的轴心受压试验，结果表明，随着混凝土 强度的增加，碳纤维包裹混凝土柱的强度提高程度增人当混凝十-的强度提高到C70时， 碳纤维包裹混凝土柱强度捉高程度有很人卜降随着混凝士强度等级的增人，混凝土柱的延 性系数逐渐减小，这说明混凝土柱强度等级增加，混凝土柱的脆性也增加吴刚通过对己有 试验数据的分析，考虑混凝土强度等级对FRP约束效果的影响，引入了混凝上强度的调整 系数D.T.Niu和F.Yu.对双向FRP管约束混凝土的力胖性能进行研究，分析了混凝土的强 度筹级对混凝十柱强度提高效果的影响，结果表明，随着混凝十-强度的增人，FRP约束混凝 土的强度提高系数逐渐减小对于C50以下混凝土强度提高效果比较明显2.2纤维复合材料（FRP）种类对混凝土柱力学性能的影响贾明英通过15根外包碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维的混凝十•圆柱轴心受压试验，对3种 纤维约束混凝上效果进行对比分析结果表明，碳纤维、芳纶纤维试件破坏形态相似，均属 脆性破坏，破坏前没有明显预兆玻璃纤维试件与前两者不同，接近延性破坏。

破坏前试件 中部有肉眼可观察到的外鼓，纤维层颜色由均匀的淡蓝色变为不规则的局部H色，同时可听 到纤维断裂声音；碳纤维、芳纶纤维的混凝土圆柱强度和延性的提高效果明显，而玻璃纤维 混凝土圆柱的强度和延性的提髙程度较小Cole等研究了 FRP的种类（AFRP、CFRP和 GFRP）対承载力的影响，结果表明，GFRP对试件力学性能的改善最为明显吴刚通过对连续玄武岩纤维丝朿缠绕与碳纤维布加固混凝十圆形柱抗震性能对比试验， 对FRP种类和川量对加I古I效果的影响进行了研究，结果表明，这两种纤维加I古嘟对以有效 提高混凝土圆柱的抗震性能，而玄武岩纤维性价比更好卜page"蒋小青通过CFRP和HFRP加固混凝土圆柱的对比试验，研究了 FRP的种类对加同效率 的影响结果农明，1C/2G柱的承载力及纵横向极限应变分别是3C柱的1.01倍、1.71倍和 1.88倍，而加固价格仅为后者的58%2C / 3G柱的承载力以及纵横向极限应变分别是3C 柱的1.72倍、3.28倍和3.86倍,而加固价格仅为后者的1.16倍而且由于2C / 4G柱的层 间匹配更为合理，更加充分发挥了混杂效应，其FRP横向极限应变为1C/2G的2.25倍， 并表现出一定的延性。

2.3 FRP的厚度和方向对混凝土柱力学性能的影响吴东辉通过对组合结构轴心受压厉期强化段力学特征及组分材料相互约束条件的研究， 归纳出FRP管与核心混凝土的轴乐极限应力预测公式分析了纤维的缠绕角度对组合结构 轴压极限强度的影响结果表明，纤维缠绕角与组合结构轴压极限强度之间呈现非线性变化 状态，且在不同的缠绕角度范围内，轴压极限强度的变化趋势不同，组合结构达到强度极值 点的纤维最佳缠绕角为72Mirmiran 研究FRP管（纤维缠绕方向15约朿混凝土柱的试验研究，FRP管的厚度 分别为6层、10层、14层，试验结果表明，随着纤维材料厚度增加，试件的承载力和延性 逐渐增加Rochette等硏究了纤维材料的厚度和截面形状对FRP约束混凝土柱承载力影响，结果表 明,缠绕5层FRP（15°/0°）试件比环向缠绕4层的试件承载力提高程度大,但是延性却 降低了因此5层（15试件的约束刚度与4层试件是大致相等的当纤维的缠绕方向与坏向有一定角度时，FRP在轴向和环向可以捉供有效的模景和强度, 同时可以替代混凝土柱中的钢筋剪切裂缝经常发生在试件的45处，因此缠绕FRP （45°） 可以有效的防止剪切破坏由于纤维的缠绕，试件的轴向的抗压强度会有一-定程度的提高。

Azadeh等采用有限元分析方法研究了 FRP的厚度和缠绕方向（0°, 45°）对FRP约朿混 凝土柱力学性能的影响，FRP的缠绕方式分为两种：-•种环向•角度•环向缠绕方式，另一种 是角度•环向•角度分析结果表明，对于相同厚度的FRP，环向•角度■环向的FRP，约束混 凝土柱承载力比角度■环向■角度FRP约束混凝十•柱承载力提高效果明显n 2.4环箍I'可距对混凝土柱力学性能的影响（2有的研究表明，FRP的约束力与箍筋作用原理相似，通过拱作用对核心混凝十进行有 效约束拱作用发生在截面内以及条带之间的纵向空隙处在纤维如包裹到的截面内，混凝 土所受的约束最人，有效约束区面积最人；在相邻条带中间的截而上，约束作用最弱，有效 约束区而积最小，且试件的极限承载力取决于最弱的截而韩克双研究了环箍间距和条帯宽度对FRP约束矩形混凝土林力学性能的影响，条带宽度 分别为40mm> 50mm> 60mm,粘贴两层碳纤维布的柱体，其强度分别提高了 2&3%, 21.6 %, 20.9%可见，随着条带宽度的增加，其增强效率降低，在实际应用中，考虑到纤维和 两边容易脱丝，条带宽度最好不要太窄随着条带间距的增人，应力一应变曲线的下降段越 來越陡，试件的极限承载力和延性越来越建。

这主要是因为在条带之间未受约束的混凝土成 为试件受力的薄弱环节周长东研究了条带间距和条带宽度对FRP约朿混凝十圆柱力学性能的影响，结果表明， 条带间距对试件的破坏形态影响较大，随着条带间距的增加，条带之间空隙处混凝十的破坏 剥落越明显，约束混凝土的承载力和延性减小而条带间灰较小的混凝十•柱，在破坏的混凝 土儿乎未见剥落为考虑条带间距和条带宽度的影响，提出了有效约束力的计算公式，在此 基础上，建立了构件承载力计算方法于峰进行了环箍间距对PVC-FRP管混凝土林力学性 能影响试验研究，结果表明，随着环箍间距的增加，试件的承载力和轴向极限应变逐渐减小 并且为考虑环箍间距的影响，引入了环箍间距的影响系数，提出了轴压PVC-FRP管混凝 土柱承裁力计算公式［-page"2.5混凝十•的截而形状对混凝土柱力学性能的影响FRP对矩形混凝土柱的约束作用明显小于对圆形混凝土柱的约束作用，主要是因为FRP 对炬形混凝土柱提供的约束是不均匀的，在轴向荷载作用下，由了混凝十•的横向膨胀，在矩 形混凝土柱的角部容易引起应力集中，导致FRP提前发生破坏常川的方法是对矩形混凝 土柱进行倒角处理Pessiki等通过试验探讨了截面形式（圆形和方形）对FRP约束混凝土柱的力学性能影响, 结果表明，FRP矩形混凝十-提供的约朿是不均匀的，矩形柱角部FRP的应力人于各边FRP 的应力，这主要是因为各边FRP的应力是由于受弯作用产生的，而FRP约束混凝土圆柱中 RP的应力是由受拉作用而产生的。

为考虑矩形截面对约束效果的影响，引入截间形状系数 J.GTeng研究了 FRP约束椭圆形混凝土柱的受压性能，研究发现，FRP约束混凝土柱的极限 抗出强度和极限应变与FRP的厚度和椭圆形混凝土柱的长轴和短袖的比值有关，随着长轴 和短轴比值的增大，约束效果逐渐降低为考虑椭圆形长轴和短轴对约朿效果的影响，引入 椭圆形混凝士柱的截面形状系数Seible等研究了混凝土柱的截而形状对FRP约束效果的影响，认为矩形截而的形状系数 不小于0.5,缠绕FRP的厚度不人于1.5mm,倒角的半径人于52mm潘景龙通过圆形、矩 形、矩形倒角和矩形改成椭圆形截面的混凝土柱经FRP包裹后的轴压试验，证实圆形与椭 圆形截血柱能较好地利用FRP的抗拉能力，获得良好的加固效果其原因在于这些截面形 状的周边从受荷开始就存在侧向约束作用Cole等进行了 22个矩形截面FRP约束混凝土柱 的力学性能的试验研究，研究了截面类型、截面高宽比、转角半径等参数对承拔力影响结 果表明，随着截而髙宽比的增人和转角半径的减小、FRP的约束作用降低，FRP约束混凝 土柱的极限应力和应变减小2.6长细比和尺寸效应对混凝土柱力学性能的影响Pessiki等通过试验研究了圆形（直径152mm,高610mm；直径508mm,髙1830mm） 和方形（边长152mm,高610mm；边长457mm,高1830mm）截面尺寸效应对FRP约束混 凝土柱力学性能影响，结果表明，圆形小柱承载力和极限应变分别提高1.28-2.44倍和5.91 — 7.59倍，圆形大柱承载力和极限应变分别提高了 112—152倍和］55-565底A形小柱承 载力和极限应变分别提高了 L19—2.09倍和1.43 — 倍，方形大柱的承载力和极限应变分 别捉高了 1.16-1.19倍和0.84-1.32倍。

由此可见，随着截面尺寸的增加，混凝土的承载 力和极限应变的提高程度逐渐减小，FRP的约束效率逐渐降低Fam等进行的轴压试验主要是考察长细比对GFRP管约束混凝十.柱力学性能的影响试 验结果表明，在其他条件相同的情况下，含FRP率为6.19%的GFRP管约束混凝土试件的 极限强度同含钢率为9.91 %钢管混凝十柱相同，说明GFRP管对核心混凝十•能提供有效的约 束，同时能减少构件的白重随着长细比的增加，GFRP管约束混凝土柱的极限承载力随之 下降Mirmiran进行了 3种径厚比（ = 100、65.6、48.8）和4种长细比（二2、3、4、5）共 24个GFRP管混凝土圆柱的轴压实验，试验结果表明，随着长细比的增人，试件极限承载 力有下降的趋势，这主要是由于长细比的增大，初始缺陷造成的试件质心和截面中心位萱的 偏差的影响更为显著当时，试件的极限承载力下降了 18%潘景龙等进行了长细比为4.5-17.5矩形截而经圆弧化处理、外包FRP后的钢筋混凝十柱 的轴心受压试验，试验结果表明，长细比对FRP约束混凝十.柱的稳定承载力影响远比螺旋 篩筋柱和普通钢筋混凝土柱严重，但当长细比不人于17.5吋，其稳定承载力仍比未包裹柱 高20%以上。

陶忠等以长细比和偏心率为变化参数，共进行了 16个圆形截面钢筋混凝图柱试验，试验 结果表明，由于FRP的约束作用，包裹FRP试件比相应未包裹FRP试件的承载力提高14 %—68%,同时延性也有不同程度捉高但文献并未给出长细比与FRP约束钢筋混凝士柱 承载力之间的具体关系于峰调过对国内外已有的FRP约束混凝土柱中长柱试验数据的分 析，提出了极限承载力的稳定系数的计算公式，公式的计算值与现有的试验数据吻合较好 3 FRP约束混凝土柱有待解决问题（1）FRP约束混凝土柱是由FRP和混凝土两种材料组成的，FRP和混凝土的性能直接 影响FRP的约束。