GFRP组合RC柱轴心受压的试验研究与分析

摘要

随着50年设计基准期的到来；建筑设计规范中各项要求的提高；设计、施工中的质量问题以及为数众多的建筑物改造工程，经常会出现建筑物的底层柱子承载力不满足。解决这种情况通常最为经济的办法便是进行加固补强。对于一般的多、高层而言，大多数底层柱子的受力基本上可以近似看作为轴心受压。本课题是就玻璃纤维增强复合材料(GFRP)提高柱子轴心受压性能的试验研究和分析。 GFRP是一种新型的结构材料。其具有强度高，延性好；抗冲击、耐腐蚀；线膨胀系数与混凝土接近；性能价格比高等多个特点。 本文通过8根外包单向GFRP(SGFW430)的RC组合柱，以及混凝土对比柱在轴心荷载作用下的试验为基础，具体详细地分析柱子在粘贴不同层数的高性能玻璃纤维和在不同的轴压比(0、0.8、1.1)下粘贴一层的高性能玻璃纤维后混凝土组合柱相对对比柱在极限承载能力、破坏形态、延性、截面刚度、应力差带来的约束损失等方面的变化情况。采用有限元分析软件定性地估计RC柱子的截面尺寸、形状以及混凝土强度等级对GFRP加固效果的影响。 通过试验我们可以直观地得到，粘贴一层GFRP的RC柱，其极限承载能力大约可以提高29～43％；粘贴两层可提高柱子的极限承载能力大约44～59％；粘贴三层在承载能力的提高上基本等同于粘贴两层的。在轴压比为0.8的时候，由于RC柱和GFRP之间存在的应力差，导致其极限承载能力的提高幅度下降至原来的70％，在轴压比为1.1的时候，其极限承载能力可以看作是没有提高。此外，GFRP还能有效地改善柱子裂缝的开展和分布，提高柱子的延性。得出柱子粘贴GFRP最经济的层数为两层以及不同层数GFRP下柱子的三种破坏形态。 最后提出GFRP组合RC柱设计承载能力的三种不同计算公式即箍筋比拟法、综合系数法、近似平衡法，以便能有效地应用到实际加固工程中去。通过本试验中的试验数据证明，这三种方法都是有效的。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1前言

1.2 FRP的发展

1.2.1国外的发展情况

1.2.2国内的发展情况

1.2.3 FRP在土木工程中的研究与应用

1.3主要的混凝土结构加固技术

1.4 GFRP加固技术的优越性

1.5 GFRP加固技术在重庆市的应用前景

1.6本文的主要内容、目的和意义

1.6.1主要研究内容

1.6.2研究的目的和意义

2玻璃纤维及粘结树脂

2.1玻璃纤维的分类

2.1.1按含碱量分类

2.1.2按力学性能分类

2.2玻璃纤维的特性

2.2.1玻璃纤维的优越性

2.2.2玻璃纤维的应力应变关系

2.3粘接树脂

2.4 GFRP的加固工艺与规定

2.4.1 GFRP加固混凝土结构的一般工艺

2.4.2 GFRP加固的一般规定

3试验的设计和实施

3.1试验方案

3.1.1试验柱的分组和编号

3.1.2试验柱的截面尺寸和配筋

3.1.3试验柱的制作

3.2材料性能试验

3.2.1混凝土的强度

3.2.2钢筋的力学性能

3.2.3玻璃纤维材料的力学性能

3.3试验过程

3.3.1试验准备

3.3.2 GFRP粘贴和应变片布置

3.3.3加载方式

3.3.4加载过程

3.4试验注意事项

4试验结果及分析

4.1试验柱的承载力

4.2裂缝的开展及破坏形态

4.3混凝土柱的应变曲线和正截面承载力

4.4混凝土柱的截面刚度

4.5 GFRP柱子纵向钢筋应变

4.6混凝土柱的延性比较

4.7 GFRP、混凝土和箍筋的应变

4.8应力差的影响

5 GFRP约束RC柱机理

5.1混凝土受压破坏规律

5.2 GFRP约束机理

5.2.1混凝土处于三向受压状态时的变形特点

5.2.2 GFRP约束受力分析

6影响参数的有限元分析

6.1有限元模型的建立

6.2截面尺寸的影响

6.3截面形状的影响

6.4混凝土的强度等级影响

6.5综合影响系数

7承载力计算方法

7.1破坏形态

7.2计算假定

7.3计算方法

7.3.1箍筋比拟法

7.3.2综合系数法

7.3.3近似平衡法

8结论

致谢

参考文献