芳纶纤维布约束混凝土圆形短柱抗压性能研究.pdf

第 3 8 卷第 1 期 2 0 1 2年 2月 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 8 5 芳纶纤维布约束混凝土圆形短柱抗压性能研究 李会恩 ， 杨 慧 ， 张宗臣 ( 1 空军工程大学工程学院， 陕西 西安7 1 0 0 3 8 ； 2 中国人民解放军9 5 1 4 0部队， 广东 惠州5 1 6 2 5 9 ) 摘要： 以 C 3 0 混凝土圆柱形试件为基体， 对粘贴不同层数芳纶纤维布后的试件进行抗压试验， 得到了其受压应力 应变全曲线， 探讨了不同层数纤维布对混凝土的增强效果以及应力应变关系的变化规律。结果表明， 芳纶纤维布 可大幅提高混凝土强度和变形能力， 但随着层数的增加其增强幅度逐渐减小， 且约束比与强度比问近似呈线性关系。 关键词： 芳纶纤维布； 约束混凝土； 抗压性能 中图分类号： T U 3 7 5 3 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 2 ) 0 1 0 8 5 0 4 Ex p e r i me n t a l r e s e a r c h o n c o mp r e s s i o n p e r f o r ma n c e f o r AFRP c o n fin e d c o n c r e t e c y l i n d e r L I Hu i e nl ， YANG Hu i ZHANG Zo n g c h e n ( 1 E n g i n e e r i n g I n s t i t u t e ， A i r F o r c e E n gi n e e r i n g U n i v e r s i t y ， X i a n 7 1 0 0 3 8 ， C h i n a ； 2 9 5 1 4 0 U n i t o f t h e P L A， H niz h o u 5 1 6 2 5 9 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： B a s e d o n t h e l a b o r a t o r y t e s t f o r C 3 0 c o n c r e t e c y fi n d e rs c o n fi n e d w i t h d i ff e r e n t l a y e r s o f a r a mi d f i b e r r e i n f o r c e d p l ast i c ( A F R P ) ， t h e s t r e n g t h e nin g e f f e c t a n d t h e s t re s s a n d s t r a i n C L L r v e s a re p r e s e n t e d T h e c o m p r e s s i o n r e s u l t s i l l u s t r a t e t h a t t h e b o n d e d AF R P c a n i mp r o v e t h e s t r e n gth a n d d i s t o r t i o n p e r f o r ma n c e ， t h e a c c ret i o n s c o p e s d e c rease w i t h i n c rea s i n g l a y e rs， t h e r e s t ri c t i o n r a t e h a s a l i n e a r r e l a t i o n s h i p w i t h t h e s t ren g t h r a t e Ke y wo r d s ： A F R P； c o nfi n e d c o n c r e t e ； c o mp r e s s i v e p e rfo rm a n c e 0 引 言 芳纶纤维布( A r a mi d F i b e r R e i n f o r c e d P l a s t i c ， 简 称 A F R P ) 由于其轻质高强、 高弹模、 热膨胀系数低等 优点， 使得其走人建筑补强加固的领域且日 益受到人 们的重视。2 0世纪， 因芳纶纤维的价格高、 产量少 ， 故在航空航天领域以外的应用有一定难度。而如今 随着其产量的增加和成本的下降， 芳纶纤维布正越来 越多地被应用于土木工程建设中。此外， 由于其耐碱 腐蚀、 对人畜无害等良好的环境效应， 在绿色建筑理 念蓬勃发展的今天其优势更是逐渐突显出来。 凝土圆柱体试件为基体， 粘贴不同层数的芳纶纤维 布后， 利用电液压伺服压力机进行准静态抗压试验， 得到其受压应力应变全曲线， 定量地得到其抗压增 强效果。 1 芳纶纤维布性能 本试验使用北京卡本公司生产的芳纶纤维布及 其配套浸渍树脂胶 。芳纶纤维布型号为 C A S一4 1 5 型单 向布 ， 理论厚 度为 0 2 8 6 m m， 每平米 重量 为 4 1 5 g 。树脂胶为 C F S R A B型， 2 5 下可操作 时间 大于 4 0 m i n 。经国家建筑材料检测中心检验 ， 各项 基于上述背景， 本文以长径比为 2倍的 C 3 0混 性能指标见表 l 。 表 1 芳纶纤维布及浸渍树脂胶性能指标 Ta b l e I Pe r f o r ma n c e i n d e x e s o fAFRP a n d d i p p i n g r e s i n g l u e 2 试验概况 2 1 试件的制作 混凝土基体设计强度为 C 3 0 ， 水泥使用秦岭 收稿 日期 ： 2 0 1 0 7 - 2 6 作者简介 ： 李会恩( 1 9 8 4一) ， 男 ， 河北保定人 ， 硕士研究 生， 主要从事 机场建筑管理。 E m a il： l i h u i e n 3 4 2 2 1 0 6 1 6 3 c o m P 0 4 2 5 R 硅 酸盐水泥 ， 细骨料为中砂 ， 粗骨料使用 最大粒径为 2 0 in I l 的碎石。单位立方米混凝土配 合比为 ： 水 泥： 砂： 石= 2 0 5 ： 3 6 5 ： 6 1 6 ： l 1 6 9 ， 实测塌落度为8 0 m m。其立方体抗压试件 2 8 d 实测 强度为 3 8 4 MP a 。 试件设计尺寸为6 9 7 m m 1 9 0 m m， 使用如图 l 中所示的模具浇筑， 静置 1 d 后拆模放人养护室进 行标准养护， 待2 0 d时取出试件， 使用岩石切割机 李会恩， 等： 芳纶纤维布约束混凝土圆形短柱抗压性能研究 8 7 3 2 应力应变曲线 芳纶纤维布约束混凝土受压应力应变曲线如图 8所示。 图 8 芳纶纤维布增 强混凝土应力应变 曲线 F i g 8 S t r e s s - s t r a i n c U r V E S o f AFRP r e i n f o r c e d c o n c t e t e 从图 8中可以看出： 1 ) 粘贴纤维布后 ， 试件 的应力应变曲线开始阶 段几乎一样 ， 与素混凝土试件基本相同， 且不受粘贴 层数的影响。 2 ) 随着粘贴层数 的增加， 峰值应力及应变较上 一 层数的试件递增幅度逐渐减小， 见表3 。 表 3 应力应变增长幅度 Ta b l e 3 I n c r e a s e r a n g e s o f s t r e s s a n d s t r a i n ( 3 ) 随着粘贴层数 的增加， B C直线段 的斜率逐 渐增大 ， 但斜率递增幅度随之减小 。 芳纶纤维布增强后的典型应力应变曲线如图 9 所示 。 图 9 芳纶纤维布增强混凝土典型应 力应变全 曲线 F i g 9 Re p r e s e n t a ti v e s t r e s s s t r ain c u r v e o f AF RP r e i n f or c e d c o nc r e t e 由图 9看到 ， 段是压力机与试件从虚接触到 完全压实的阶段。A B段的斜率与无约束混凝土几 乎相同， 说明性能未受纤维布的影响 ， 依然是混凝土 单独承受荷载 ， 点一般为无约束混凝土的峰值应 力点。B C段， 混凝土开裂 ， 横向变形加大， 芳纶纤维 布开始发挥其约束作用， 约束区的混凝土处于三轴 受压状态 ， 其应力随纤维布应变的增加而线性增长 ， 直至纤维布被拉断， 此时混凝土达到最大应力， 纤维 布亦达到极限应变。C D段为纤维布骤然断开， 中心 区混凝土压酥， 试件承载力随之急剧下降， 下降幅度 高达 6 O 以上。 3 3 强度比与约束 比的关系 芳纶纤维布对混凝土提供的最大约束力与芳纶 纤维的加固量、 强度和混凝土形状尺寸有关， 由 式( 1 ) 确定： = t ( 1 ) 式中 芳纶纤维布提供的最大约束力； 纤维布环向抗拉强度 ； 纤维布总厚度 ； d 一受约束混凝土的直径。 而约束比E 和强度比E 。 的数值由式( 2 ) ， 式 ( 3 ) 确定 ： E = f l ( 2 ) E 。 = ( 3 ) 式中 无约束时混凝土的抗压强度； 芳纶纤维布约束混凝土的抗压强度。 试件的约束 比和强度比均值见表4 ， 约束比和 强度比关系如图 1 O所示 。 表 4 约束比和强度比均值 Ta b l e 4 M e a n v a l u e s o f r e s t r ain r a t i o a n d s t r e n g t h r a ti o 骥 图 1 O 约束 比和强度比关系 F i g 1 0 Re l a t i o n b e t we e n r e s t r ain r a t i o a n d s t r e n g t h r a t i o 由图1 O可以看出， 约束比与强度比之间近似呈 直线关系， 其拟合直线如图中直线所示， 其强度模型 大致满足式( 4 ) 中所示关系： ， =1 8 9+ 2 o 9 f f o ( 4 ) 8 8 四川建筑科学研究 第 3 8卷 4 结论 1 ) 粘贴芳纶纤维布后可大幅提高混凝土的强 度和变形能力。可将混凝土试件的轴心抗压强度提 高至原来的2 5 倍， 并将其峰值应变提高至原来的 36倍。 2 ) 芳纶纤维布增强混凝土破坏时为无先兆破 坏， 承载力骤然下降， 下降幅值达 6 0 以上， 几乎为 瞬间破坏 ， 在实际工程应用中此类因素需加 以考虑。 3 ) 粘贴纤维布后 ， 试件的应力应变 曲线开始 阶 段几乎一样 ， 与素混凝土试件基本相 同， 且不受粘贴 层数的影响， 但随着粘贴层数的增加， 峰值应力及应 变较上一层数的递增幅度逐渐减小。 4 ) 粘贴芳纶纤维布后， 试件的约束比和强度比 近似呈线性关系， 且满足 f o =1 8 9+ 2 O 9 f l f o 的 关系。 参 考 文 献 ： 1 滕锦光， 陈建飞， 史密斯 s T F R P 加固混凝土 M 北京： 中 国建筑工业出版社 ， 2 0 0 5： 1 4 91 5 8 2 贺玲凤， 何唯平 芳纶纤维加强混凝土抗压性能研究 j 建筑 科学， 2 0 0 5 ， 2 1 ( 6 ) ： 5 3 5 5 3 贺玲风， 潘桂梅 芳纶纤维约束混凝土的力学性能研究 J 实 验力学， 2 0 0 3 ， 1 8 ( 4 ) ： 5 3 8 5 4 2 4 张慎伟， 王有志， 张其林 芳纶纤维布层数对加固梁疲劳性能 的影响 J 建筑材料学报， 2 0 0 6 ， 9 ( 3 ) ： 3 0 2 - 3 0 6 5 王秋林 碳纤维、 芳纶纤维在国外土木建筑中的应用 J 纺 织科学研究 ， 1 9 9 7 ( 3 ) ： 15 ( 上接第4 3页) 0 、 R 翅 荨 -4 e q 嚣 三；善。 =遍 t q ：碹； q 一 ： n 寸 横断面宽度 m 图9 1 5 S 时刻横断面应力 F i g 9 S t r a i n fi g o f C r o S S s e c t i o n a t 1 5 s 从 图 7 9中可看到， 均 出现了正剪力滞现象 ， 而且荷载分别作用在对称位置处时， 横断面对称位 置应力对称。 4 结论 本文主要研究了不同速度的移动荷载作用在考 虑剪力滞效应时箱梁的动力响应问题。通过分析简 支箱梁整体挠度图、 纵向1 2 处横断面挠度图和腹 板应力 图， 得出了速度、 荷载对考虑剪力滞效应时薄 壁箱梁的影响规律及挠度和应力的具体数值， 这给 工程中薄壁箱梁钢筋的布置提供 了有效 的参 考依 据 ， 箱梁各位置挠度的精确显示 ， 也给桥梁检测单位 对箱梁挠度的检测带来了方便 ， 减少 了各种复杂实 验的操作 ， 从而节省了人力、 物力和财力。 参 考 文 献 ： 1 S eon g M J ， M a e n g H C ， I n L S t a t i c a n d d y n a m i c a n a l y s i s o f e o m p o s i t e b o x b e a ms u s i n g l a r g e d e fl e c t i o n t h e o r y J C o mp u t e r s a n d s t r u c t u r e ， 1 9 9 5 ， 5 7 ( 4 ) ： 6 3 5 - 6 4 2 2 M a r e e l o T P ， V i c t o r H C O u t -o f - p l fi n e v i b r a t i o n s o f s h e a r d e f o r m a b l e c o n t i n u o u s h o r i z o n t a l l y c u r v e d t h i n w al l e d b e a ms J J o u mal o f S o u n d a n d V i b r a t i o n ， 2 0 0 0 ， 2 3 7( 1 ) ： 1 0 1 一 l 1 8 3 甘亚南 ， 周广春 基 于能量变分原 理的薄壁箱梁 白振特性分析 J 中国公路学， 2 0 0 7 ， 2 0 ( 1 ) ： 7 4 - 7 7 4 3 甘亚南， 周广春 薄壁箱梁纵向剪滞翘曲函数精度选择的研究 J 工程力学， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 6 ) ： 1 0 0 1 0 6 ； ( 3 ) ： 1 2 2 1 5 5 5 甘亚南， 吴亚平 ， 王根会， 等 剪力滞效应对简支箱梁自振特性 的影响研究 J 兰州铁道学院学报： 自然科学版， 2 0 0 2 ， 2 1 ( 3 ) ： 2 3 - 2 5 6 同济大学数学教研室 高等数学 M 4版 北京： 高等教育出 版社 ， 1 9 9 6 7 魏福义， 黄燕苹 线性代数 M 2版 北京： 中国农业出版社， 2 O O 3