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原文传递 FRP外包FRP筋增强混凝土墩柱轴压及抗震性能研究

论文题名：	FRP外包FRP筋增强混凝土墩柱轴压及抗震性能研究
关键词：	桥墩;FRP筋增强混凝土;外包FRP;轴压性能;抗震性能
摘要：	在沿海或近海环境下，钢筋混凝土(ReinforcedConcrete，RC)桥梁结构在其服役期通常会遭受氯盐侵蚀造成钢筋锈蚀，对RC桥梁结构的耐久性和安全性均产生不利影响。在地震作用下RC桥墩易形成过大的残余变形，不利于震后应急修复和震后重建。采用耐腐蚀的纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymer，FRP)筋替代钢筋，能够从根本上解决RC桥梁结构中的钢筋锈蚀，以及利于减小震后残余变形。然而，FRP筋增强混凝土结构存在拉挤成型FRP箍筋弯曲段抗拉强度低和平直段搭接滑移，以及FRP纵筋抗压强度明显低于其抗拉强度等问题，严重制约了此类高性能复合结构的工程应用。针对上述FRP筋增强混凝土结构存在的不足，以课题组提出的新型GFRP箍筋制备工艺为基础，结合FRP外包混凝土技术，构建了FRP外包FRP筋增强混凝土墩柱的概念。通过材料层次和构件层次的试验研究、理论计算与数值模拟，分析了不同试验参数对FRP外包FRP筋增强混凝土墩柱轴压和抗震性能的影响。　　首先，对本课题组提出的新型封闭式GFRP箍筋开展受拉性能试验，验证了与传统拉挤成型GFRP相比采用矩形截面的封闭式GFRP箍筋能够更加充分发挥材料性能；开展不同非约束段长度的GFRP纵筋受压性能试验，探讨非约束段长度对GFRP纵筋抗压强度和破坏模式的影响，并对GFRP纵筋受压性能试验进行整理并建立数据库，分析GFRP纵筋抗压强度与非约束段长度的关系，建议合理的FRP箍筋间距范围；　　然后，对12根FRP外包FRP筋增强混凝土方柱开展单调轴压试验，验证了此种构造形式能够提高该组合柱的整体受力性能。在此基础上，对不同纵筋和箍筋类别、新型封闭式GFRP箍筋复合形式和间距、GFRP布包裹层数的20根FRP外包FRP筋增强混凝土矩形柱开展单调及反复轴压试验研究；基于矩形截面柱轴压试验数据建立考虑内部GFRP箍筋及外部GFRP布双重约束作用的FRP约束矩形混凝土单调受压应力-应变关系模型；　　再后，开展了8根FRP外包FRP筋增强混凝土矩形墩柱的拟静力试验，通过对比全FRP材料与传统钢筋混凝土墩柱的抗震性能，验证了FRP外包FRP筋增强混凝土概念在提升墩柱变形能力和自复位能力的有效性；考察新型封闭式GFRP箍筋间距、GFRP布包裹层数和轴压比对FRP外包FRP筋增强混凝土矩形墩柱破坏模式和承载力、延性、残余位移角和耗能能力等抗震性能指标的影响，并对不同试件中箍筋、纵筋和GFRP布的应变发展过程进行分析；　　最后，基于OpenSees有限元软件建立能够准确模拟GFRP纵筋断裂和应变渗透效应以及GFRP布和GFRP箍筋双重约束作用等复杂力学行为的FRP外包FRP筋增强混凝土矩形墩柱精细化纤维截面模型；分析主要设计参数对FRP外包FRP筋增强混凝土矩形墩柱的荷载-位移骨架曲线的影响规律，包括：外部GFRP布约束比、内部GFRP箍筋约束比、GFRP纵筋配筋率、混凝土强度等级、轴压比、剪跨比，建立FRP外包FRP筋增强混凝土矩形墩柱的荷载-位移骨架曲线模型，为FRP外包FRP筋增强混凝土矩形墩柱的抗震性能设计应用提供理论依据。
作者：	陈传向
专业：	土木工程
导师：	周威
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2021