纤维增强复合材料(FRP)由于轻质、高强和耐腐蚀等优点在近二十年越来越多地被应用于工程结构中。FRP的一个重要应用是作为混凝土的约束材料,用于现有结构的加固改造和新建结构的施工中,但FRP对混凝土存在显著的约束滞后问题。基于此,本研究提出使用膨胀混凝土作为核心混凝土,使外围约束的GFRP产生一定的预应力,成本低且施工方法简单。因此,本文对GFRP约束膨胀混凝土柱的轴压力学性能进行了研究,研究内容包括:(1)GFRP约束普通强度膨胀混凝土柱在单调轴压下的力学性能试验和理论研究对18个GFRP约束普通强度混凝土柱进行了单调轴压试验,将非膨胀混凝土柱和膨胀混凝土柱进行对比。结果表明,相比于约束普通强度非膨胀混凝土柱,膨胀剂掺量为10%的约束普通强度膨胀混凝土产生的膨胀作用能够弥补FRP约束层数不足的问题,使应力-应变关系曲线从有软化段过渡到无软化段。混凝土的膨胀可以使外围GFRP的约束得到更有效的利用,使标准化的拐点应力和抗压强度均得到提高。此外,对已有的FRP约束混凝土柱的轴向应力-应变模型进行了修正,修正后的模型能准确预测约束普通强度非膨胀混凝土和膨胀混凝土柱的单调轴压力学性能。(2)GFRP约束普通强度膨胀混凝土柱在循环轴压下的力学性能试验和理论研究以GFRP的约束层数、核心混凝土类型和轴压加载模式作为参数,研究了24个GFRP约束普通强度混凝土柱在循环轴压下的力学性能。研究表明,GFRP对普通强度非膨胀混凝土和膨胀混凝土(10%的膨胀剂掺量)在循环轴压下的约束作用均优于在单调轴压下的约束作用。加载模式对约束非膨胀和膨胀混凝土标准化的抗压强度均无显著影响。循环轴压下约束柱的塑性应变与包络卸载应变之间具有显著的线性关系,此线性关系与GFRP约束层数和核心混凝土类型无关。混凝土的膨胀对约束试件的应力退化率无显著影响。现有约束非膨胀混凝土柱的循环轴压模型同样适用于约束膨胀混凝土柱。(3)GFRP约束高强膨胀混凝土柱在单调和循环轴压下的力学性能试验和理论研究研究了24个GFRP约束高强混凝土柱的轴压力学性能,参数包括GFRP约束层数、核心混凝土类型和轴压加载模式。研究结果表明,相比于普通强度混凝土柱,高强混凝土柱由于强度较高、脆性较大而需要更多的外围约束。膨胀剂掺量为5%的高强膨胀混凝土外围GFRP的约束作用小于非膨胀混凝土外围GFRP的约束作用。GFRP约束高强混凝土柱的峰值应变随约束层数的增加而增加,且约束膨胀混凝土柱的峰值应变小于约束非膨胀混凝土柱。约束膨胀混凝土柱标准化的峰值应力和极限应力均轻微小于约束非膨胀混凝土柱,约束层数较少和混凝土膨胀均会使试件标准化的应力降低幅度增大。加载模式对约束高强柱的轴压性能无显著影响。此外,通过回归分析得到适合FRP约束高强混凝土柱的强度计算模型,模型计算较为精准。……
