长轴短轴比对椭圆形GFRP约束混凝土轴压性能的影响

张 冰,冯贵森,2,魏 威,张宁远,张千标,胡夏闽

(1.南京工业大学 土木工程学院,江苏 南京 211800；2.同圆设计集团有限公司,山东 济南 250101)

纤维增强树脂基复合材料(FRP)具有极佳的耐腐蚀性能,并且强度高、密度低。FRP可以用于钢筋混凝土梁的抗弯、抗剪加固和钢筋混凝土柱的抗震加固等,目前已在结构加固领域得到了大量应用[1-3]。研究表明,FRP能够有效地提高圆形FRP约束混凝土柱的承载能力,并增加其在地震荷载下的延性[4-5]。在矩形FRP约束混凝土柱中,由于混凝土膨胀的不均匀性,FRP对核心混凝土的约束并不均匀,FRP不能得到充分利用[6]。为了给核心混凝土提供有效的约束,逐渐出现了将矩形截面优化成椭圆形截面,再应用FRP进行约束的方法[7-8]。目前,国内外关于椭圆形FRP约束混凝土柱的相关研究尚少。如果照搬圆形约束混凝土的设计理论和方法,由于椭圆形FRP约束混凝土的应力分布及约束机制与其不同,得到的计算结果将不可靠,有可能偏于不安全。

Teng和Lam[9]最早对椭圆形碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)约束混凝土柱进行了轴压试验,测试了较小尺寸的试件,采用了CFRP作为约束材料,试验参数包括CFRP厚度和长轴短轴比。Pavin和Schroeder[10]基于有限元软件MSC.Marc对椭圆形FRP约束混凝土柱在偏压下进行了模拟,参数包括偏心荷载、FRP厚度和纤维角度等。Moran和Pantelides[11]基于Mohr-Coulomb模型提出了轴压作用下椭圆形FRP约束混凝土的应力-应变模型。Yan等[7-8]对矩形截面混凝土柱优化为椭圆形FRP混凝土柱进行了研究,其优化方法为:将椭圆形FRP管套在矩形的混凝土柱上,并在管与柱的缝隙中填充膨胀混凝土,以使椭圆形FRP管产生环向预拉力。……