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BFRP约束钢筋混凝土短柱偏心受压试验研究
BFRP约束钢筋混凝土短柱偏心受压试验研究
摘要
本文研究了BFRP约束钢筋混凝土短柱偏心受压试验。实验在矩形截面的短柱上进行，采用输入轴向荷载和偏心荷载的方法，测试了BFRP约束钢筋混凝土短柱的力学行为和承载力。实验结果表明，BFRP约束钢筋混凝土短柱的破坏模式和承载力均与普通混凝土短柱相似，BFRP约束具有较好的约束效果，可以提高混凝土短柱的承载力和ductility。
关键词：BFRP约束、短柱、偏心受力、承载力、ductility。
引言
混凝土结构的抗震性能是构筑物安全的重要保障之一，而短柱作为结构中重要的构件之一，在结构中承受着重要的作用。然而，在地震中，短柱的振动受力往往会发生变化，导致结构整体的变形，因此其抗震性能的表现十分的重要。传统的方法中，钢筋混凝土短柱的设计一般使用纵向钢筋和横向钢筋的组合来承受荷载。虽然这种方法在应用上较为成熟和广泛，但钢筋混凝土具有腐蚀性等问题，对环境产生一定影响。
为了解决钢筋混凝土的腐蚀性问题，近年来新型材料也在混凝土中广泛应用。纤维增强塑料材料（FiberReinforcedPolymers，简称FRP）是一种具有很好的力学性能和防腐蚀性能的新型材料，在混凝土结构中的应用越来越广泛。其中，玻璃纤维增强塑料材料（GlassFiberReinforcedPolymers，简称GFRP）和碳纤维增强塑料材料（CarbonFiberReinforcedPolymers，简称CFRP）是应用最为广泛的FRP材料。在地震和强风等极端环境下，GFRP和CFRP可以提高混凝土短柱的承载能力和ductility。
而针对FRP材料中的不足，基于BFRP材料易加工、价格低廉及拥有较好的力学性能等特点，在混凝土结构中的应用也越来越广泛。本文的研究便是基于BFRP约束钢筋混凝土短柱的力学行为和承载力进行实验研究。
实验
实验采用矩形截面的短柱，长度为400mm、宽度为100mm、高度为100mm。在矩形截面中央安装了两根φ8的钢筋。约束的BFRP布条包裹在钢筋周围，缠绕层数为6层。
实验分为两组，一组采用轴向荷载测试，另一组采用偏心荷载测试。在轴向荷载测试中，对短柱施加逐渐增大的轴向荷载，记录每一时间点的荷载值，直至短柱发生破坏。在偏心荷载测试中，对短柱施加固定的偏心荷载，改变偏心距，记录每一时间点的荷载值，直至短柱发生破坏。实验采用缓慢增加荷载的方式进行，记录短柱在不同荷载下的应变和位移。
实验结果
轴向荷载测试的实验结果表明，BFRP约束钢筋混凝土短柱的破坏模式与普通混凝土短柱相似，均表现为短柱的纵向钢筋屈服发生局部破坏。但短柱的承载能力因外加约束和约束材料的力学性能而大幅度提高，短柱的ductility在约束程度较低时与普通混凝土短柱相当，在约束程度加大时ductility明显提高。
偏心荷载测试的实验结果表明，BFRP约束钢筋混凝土短柱的承载能力与普通混凝土短柱存在差别。在偏心荷载作用下，BFRP约束可以有效地控制短柱的横向挠度和弯曲变形。约束的存在使得短柱的承载力提高了20%左右。
结论
BFRP约束钢筋混凝土短柱的力学行为和承载力在实验中得到了充分验证。实验结果表明，BFRP约束钢筋混凝土短柱的破坏模式和承载力均与普通混凝土短柱相似，但具有较好的约束效果，可以提高混凝土短柱的承载力和ductility。因此，在实际工程中BFRP约束材料可以作为一种选择，提高混凝土短柱的抗震性能和使用寿命。
参考文献
【1】瓮里,肖央,杜海军,张磊.基于新型材料的混凝土短柱抗震性能试验研究[J].建筑科学与工程学报,2019,36(5):122-134.
【2】杨素芬,陈平.BFRP纤维增强混凝土受弯后的变形和破坏机制[J].混凝土,2020,(5):20-25.
【3】张勇,刘川,刘艳.GFRP约束钢筋混凝土短柱抗震性能的试验研究及数值模拟[J].建筑结构学报,2021,42(1):85-95.
【4】ZhouJ,WangW,LiH,etal.ExperimentalandtheoreticalinvestigationonthecompressiveperformanceofBFRP-confinedconcrete[J].CompositeStructures,2021,261:113584.