玄武巖纖維布在工程結構加固中的研究進展

柳 亞 男

(遼寧工業大學，遼寧 錦州 121000)

玄武巖纖維布在工程結構加固中的研究進展

柳 亞 男

(遼寧工業大學，遼寧 錦州 121000)

介紹了玄武巖纖維(BFRP)布的物理力學性能，從BFRP布約束混凝土本構模型、加固混凝土梁、柱等方面，闡述玄武巖纖維布在工程結構加固中的研究現狀和發展方向，為以后進一步開展相應的研究工作提供了依據。

玄武巖纖維布，本構模型，混凝土梁，混凝土柱

玄武巖纖維增強復合材料(BFRP)具有良好的力學性能、耐腐蝕性能、抗高溫性能等且性價比好。因此，其工程應用越來越廣泛。工程結構由于多種原因引起強度不足、出現過大的裂縫和變形，因此需要采取不同的加固材料、不同的加固技術滿足使用功能等要求[1，2]。本文從BFRP布約束混凝土本構模型研究、加固混凝土梁、柱等方面闡述研究現狀和發展方向，為以后進一步開展相應的研究工作提供一定的建議。

1 本構模型研究

BFRP約束素混凝土柱的效果主要取決于以下幾個因素：混凝土強度、倒角半徑、纖維用量、截面高寬比、長細比、混凝土和BFRP的粘結及加載歷史等[3]。

北京工業大學鄧宗才等通過把碳纖維布、芳綸纖維布、玻璃纖維布和玄武巖纖維布混雜在一起(HFRP)對混凝土圓柱進行加固，并對加固后的混凝土圓柱進行軸心抗壓性能試驗，對試驗結果研究分析得出混雜纖維(HFRP)布加固混凝土圓柱的破壞形式、抗壓強度、最大應變值和本構關系曲線。本試驗數據擬合混雜纖維(HFRP)加固混凝土圓柱的強度加固系數為3.1，建立了約束混凝土圓柱體的3段式應力—應變曲線模型。鄧宗才等建議的HFRP約束混凝土強度模型：

(1)

當0≤εc≤εc0,σc=Ecεc

(2)

(3)

(4)

其中：

(5)

(6)

(7)

(8)

香港理工大學Yu-Fei Wu等通過CFRP布約束混凝土軸心受壓試驗研究試件截面高寬比、CFRP布的層數對其受力性能的影響。研究結果表明：截面高寬比對其強度、變形等影響比較明顯，同時提出新的強度模型。

2 加固混凝土梁的研究

影響FRP加固混凝土梁抗剪性能的因素包括：FRP的用量、纖維纏繞的角度、分布、加固方式和纖維的種類等參數，除了加固參數外還有原梁的各種條件，包括混凝土的強度、箍筋配箍率、剪跨比、截面形狀、梁的跨度及支座條件等。

上海大學歐陽煜等通過對5根玄武巖纖維加固混凝土梁的試驗研究了玄武巖纖維布對梁的抗剪承載力的影響。主要考慮的參數有：玄武巖纖維布的寬度和間距、玄武巖纖維布的粘貼層數等因素。試驗數據表明：玄武巖纖維布加固后的混凝土梁的抗剪承載力能夠明顯提高，變形能力也有所提高。通過6根鋼筋混凝土梁的抗彎加固，研究其開裂荷載、屈服荷載、極限荷載、跨中撓度以及鋼筋和玄武巖纖維布的應變等參數。研究結果表明：玄武巖纖維布加固鋼筋混凝土梁的強度均有較大幅度提高，同時提出了相應的設計方法與建議。

Rocca等考慮了玄武巖纖維布層數、粘貼長度對抗剪加固混凝土簡支梁的影響，試驗結果表明：纖維布層數對其加固效果及破壞方式有較大影響，但粘貼長度影響不明顯且能使加固梁具有較好的延性。

中國科學院張小冬用混雜纖維布對7根混凝土梁進行加固，并對其進行抗彎試驗，測得加固后混凝土梁的豎向位移和能量系數，與單一碳纖維加固后的混凝土梁對比分別提高33%～60%和20%～45%，試驗結果表明混雜纖維布加固后的混凝土梁具有良好的能量吸收能力和塑性變形能力。混雜纖維加固后梁的承載力和二次剛度都顯著提高，梁的延性也有所改善。

3 加固混凝土柱的研究

華東交通大學童谷生等試驗研究表明試件強度具有尺寸效應。對三種不同尺寸的混凝土方柱，用不同層數的玄武巖纖維布進行加固，并對加固后的試件進行抗壓試驗。試驗結果表明采用不同層數玄武巖纖維布加固后的試件抗壓強度隨層數增加有所提高，試件的極限應力和極限應變都明顯提高。

華僑大學鄒鵬程等通過15根外包玄武巖纖維布(BFRP)約束鋼筋混凝土圓柱軸心受壓試驗，考慮箍筋對約束柱極限強度的影響，提出考慮箍筋的FRP約束混凝土強度模型：

(9)

γ=2Asfyh/(DcorS)

(10)

華僑大學張云波等以偏心率、加固量和粘貼形式為變化參數，進行了18個圓形截面鋼筋混凝土柱試驗。提出了環向包裹 FRP后圓形截面鋼筋混凝土柱偏心受壓承載力計算公式：

(11)

(12)

4 結語

至今國內外有關玄武巖纖維布約束混凝土結構構件進行了大量的試驗研究和理論分析，但還有許多問題需進一步系統研究：

1)特別是在動荷載、循環荷載作用下以及約束損傷混凝土、高性能混凝土情況下，建立合理的應力—應變本構模型；2)玄武巖纖維布與混凝土粘結機理研究；3)BFRP布約束結構構件的受力機理進行合理的數值模擬；4)板材、棒材及預應力BFRP的理論及應用研究；5)BFRP布加固砌體結構的試驗研究，抗震性能、爆炸、疲勞等有待于深入研究。

[1] 歐陽利軍,丁 斌,陸洲導.玄武巖纖維及其在建筑結構加固中的應用研究進展[J].玻璃鋼/復合材料,2010(3):84-88.

[2] L.C. Hollaway. A review of the present and future utilisation of FRP composites in the civil infrastructure with reference to their important in-service properties[J].Construction and Building Materials,2010(24):2419-2445.

[3] 宋功河,張海昆.約束素混凝土圓柱強度及尺寸效應的試驗研究[J].玻璃鋼/復合材料,2009(4):3-5.

The research progress of basalt fiber cloth in engineering structure reinforcement

Liu Yanan

(LiaoningUniversityofTechnology,Jinzhou121000,China)

This paper introduced the physical and mechanical properties of basalt fiber(BFRP), from the BFRP confined concrete constitutive model, reinforced concrete beams, columns and other aspects, elaborated the research status and development direction of basalt fiber cloth in engineering structure reinforcement, provided basis for further development of corresponding research work.

basalt fiber cloth, constitutive model, concrete beam, concrete column

1009-6825(2017)05-0070-02

2016-12-06

柳亞男(1988- )，男，碩士，助理工程師

TU363

A