FRP加固混凝土框架结构梁、柱和节点的性能研究

【摘要】： FRP(Fiber Reinforced Plastics)即纤维增强复合材料加固混凝土结构是近十年来在国内出现和发展起来的一种新型加固技术,是近年来科学研究和工程应用的热点。本文从2002年开始,对各类FRP加固混凝土框架结构的性能进行了比较全面的试验研究和理论分析,共进行梁、柱、节点共28个构件的试验研究,研究内容主要有以下三方面: 1)基于12根梁的试验结果,研究了CFRP、HFRP加固不同配筋率的钢筋混凝土梁正截面和斜截面的受力性能,分析结果表明:FRP加固梁的极限承载能力和变形能力都有了显著的提高;HFRP的加固效率明显高于CFRP;加固梁的正截面应变符合平截面假定;在保证粘结强度和良好锚固的前提下FRP抗弯加固梁有两种典型破坏形态;FRP抗剪加固梁的效果主要依赖于纤维的有效应变;并提出了FRP加固混凝土梁的受弯、受剪承载力计算方法。并通过实际加固工程的成功设计和实荷堆载检测验证了该研究成果的可行性。 2)通过CFRP、高强GFRP、HFRP加固不同强度等级的12个混凝土轴压柱的试验,研究了纤维品种、混凝土强度等级对轴压柱承载能力和延性的影响规律,分析结果表明:在体积加固率相同的前提下,CFRP加固柱的承载力提高幅度最大,GFRP加固柱的延性改善明显,HFRP在保持加固柱有较高承载力的前提下表现出了较好的延性,综合效益最好;随混凝土强度等级的提高,FRP约束混凝土轴压柱的承载力和延性提高的幅度均呈下降的趋势。并分析了FRP加固轴压柱的约束机理和应力应变模型,建立了条带式FRP约束混凝土轴压方柱的承载力计算模型,计算值与试验值符合良好。 3)通过四个混凝土梁柱T形边节点的抗震性能试验,研究了高强GFRP、HFRP对节点承载能力、延性、耗能能力和承载力降低特性、刚度退化特性等抗震性能的影响规律,分析结果表明:两种FRP加固节点均可以取得满意的抗震性能,在节点核心区采用±45o方向粘贴纤维可以显著提高构件的延性和耗能能力。在试验的基础上提出了FRP加固节点受剪承载力的计算公式,并基于分析给出了相关计算参数的工程设计建议取值,并对加固方式、纤维品种、纤维粘贴角度等主要因素对节点抗剪承载能力的影响机理进行了分析,分析结果表明:在节点核心区和梁柱端头粘贴纤维可以有效的提高节点的受剪承载能力;加固方式直接影响节点受剪承载能力的大小。