BFRP网格大小对BFRP网格增强ECC复合约束RC柱偏压性能影响

季成石

摘 要：通过采用仿真模拟软件ABAQUS建立有限元模型，研究BFRP网格尺寸对此种组合柱偏心受压性能及抗震性能的影响规律。结果表明，BFRP网格材料对组合柱有明显的约束加固效果，在弹塑性受力阶段，随着荷载的增加，BFRP 网格发挥约束作用，对承载力具有提升效果。

关键词：BFRP网格；RC柱；偏心受压；抗震性能

近年来，愈来愈多的建筑工程上采用FRP 材料加固构件，在混凝土结构的修复与加固上有着广泛的应用，但是这些加固方法存在易风化、渗透性和耐久性差等缺陷，因此目前出现新型复合加固约束方法—BFRP与工程用纤维增强水泥基组合材料。这种加固约束方法可充分发挥两种材料特性，能够利用ECC的高延性，高韧性和高抗裂性结合BFRP网格质量轻，强度高和耐久性强的特性，通过增强组合柱的抗裂性和抵抗变形的能力等，从而提高其承载能力，避免出现传统FRP布加固混凝土柱后易脱落，防火性差等问题[1-3]。

本文利用仿真模拟软件 ABAQUS 研究BFRP 网格增强 ECC 复合约束钢筋混凝土柱的偏压性能，建立合理的复合约束RC柱有限元模型，选用实验合理的材料本构模型来建立一定数量的足尺构件进行模拟，深入研究BFRP网格尺寸的改变对组合柱偏压力学性能的影响规律。

1 模型的建立

在BFRP 网格增强ECC 复合加固技术中，BFRP网格起到增强构件在基体变形较大或发生较大开裂时提供有力的约束作用，本文目的是探究BFRP网格尺寸对钢筋混凝土柱加固效果的影响，组合后的混凝土柱简图如图1所示。

1.1本构选取

BFRP筋为各向异性材料，纵向和横向的BFRP筋组成BFRP网格，在其沿主要纤维方向受拉过程中，会表现出良好的线弹性特性，因此本次仿真模拟分析假定BFRP纤维在受拉破坏前为线弹性变化。

ECC单轴受拉本构模型采用的是Li V C提出的单轴受拉本构模型[17]

2 BFRP网格尺寸对组合柱偏压性能影响分析

为研究BFRP网格尺寸对组合柱偏压性能的影响，这次实验控制试件的混凝土强度、ECC厚度，加载偏心距以及长细比达到控制单一变量的方法。确定偏心距为30mm，ECC厚度为20mm，混凝土强度等级为C30，长细比为20，控制的变量BFRP网格尺寸分别为20mm、40mm以及60mm，通过增大ECC厚度，改变构件偏心距以及混凝土强度进行纵横向比对，分析试件偏压状态下的应力云图，位移-荷载曲线以及试件的极限承载力，进而研究BFRP网格尺寸在偏心作用下的性能。

2.2位移-荷载曲线分析

在一开始的弹性受力阶段，四组内的四条位移-荷载曲线基本重合，表明在施加的荷载较小的阶段下，BFRP网格尺寸的大小变化对组合柱的受力情况无较大影响，说明BFRP网格对组合柱在初始弹性阶段的约束影响较小；随着施加荷载的增加，构件由弹性阶段进入弹塑性阶段，包裹在组合柱上的BFRP网格开始起到约束作用。结果表明当BFFRP网格尺寸为20mm时，对组合柱发挥的约束效果最好，试件的承载能力有着明显提升，而尺寸为40mm、60mm BFRP网格尺寸的约束效果明显减小，当BFRP网格尺寸从40mm提升到60mm时，组合柱的最大承载力几乎保持不变。可见随着BFRP网格尺寸的减小，组合柱的极限承载力有着明显提升，主要是因为BFRP网格尺寸减小，导致BFRP纤维束对组合柱核心混凝土约束作用越强，组合柱的整体刚度提高。

2.3 承载力分析

通过仿真模拟软件ABAQUS对A、B、C、D四组试件的模拟运算，得到不同BFRP网格尺寸情况下试件的极限承载力。

从图中可明显看出，对试件的峰值承受荷载来说，减小偏心距，增大混凝土强度，以及增大ECC厚度对试件的峰值承受荷载有着显著提高效果，其影响可表示为：增大混凝土强度大增大ECC厚度减小偏心距。当BFRP网格尺寸较小时比尺寸较大时组合柱的各个参数改变对峰值荷载的影响效果更加显著，因此可以表明，组合柱BFRP网格尺寸较大时对构件的加固效果相较于尺寸较小时略有不如，但是在同样大尺寸网格情况下，如40mm以及60mm的情况下，它们对组合柱的加固效果相差不大，因此在实际工程运用时选用60mm网格不仅可以实现对结构良好的约束效果提供更好的承载能力，而且更加经济环保。

3 结论

本文通过仿真模拟软件ABAQUS对四组试件，十二根组合柱进行仿真模拟，通过控制单一变量的方法，研究BFRP网格尺寸大小对组合柱偏压性能的影响发现，1随着BFRP 网格尺寸的增大，组合柱承载力逐渐降低，而随着混凝土强度和 ECC 厚度的增大，组合柱承载力有所提高。

2BFRP网格尺寸的改变对组合柱的变形性能影响较为明显，并且BFRP网格尺寸的增加会降低组合柱的延性。

3对BFRP 网格增强 ECC 复合约束 RC柱进行偏压设计时，使用 60mm 的BFRP 网格和厚度为 40mm的ECC不仅可以使得结构具有较强承载力，而且更加经济节省材料。

参考文献

［1］ 艾珊霞. 常规、氯盐干湿循环环境下TRC加固混凝土柱轴心受压性能研究［D］. 徐州：中国矿业大学，2015.

［2］ 刘鸣. TRC加固RC柱抗震性能的有限元分析［D］. 徐州：中国矿业大学，2019.

［3］ NANNI A，NORRIS M S. FRP jacketed concrete under flexure and combined flexure-compression［J］. Construction and Building Materials，1995，9（5）：273-281.

［4］ MOHAMED S. Design and fabrication of FRP grid for aerospace and civil engineering applications［J］. Journal of Aerospace Engineering，2000，13（4）：144-149.

［5］ SHEIKH S A，GRACE Y. Seismic behavior of concrete columns confined with steel and fiber-reinforced polymers［J］. ACI Structural Journal，2002，99（1）：72-80.