CFRP加固地震损伤钢筋混凝土柱抗震性能的试验研究

摘 要

地震是一种严重的自然灾害，地震发生后对建筑结构造成极大的破坏。对于震损结构，考虑到经济性和社会性等相关因素，现实情况并不允许将损伤结构全部推倒重建，只能采取适当的技术措施，对其进行补强与加固处理。同时碳纤维布作为一种新型的材料，有着优良的性能，其在加固领域的应用多集中在未损伤结构。因此，本文对碳纤维布应用于加固震后损伤钢筋混凝土柱的抗震性能进行了试验研究，对地震灾后加固具有重要意义。

本文首先介绍了三个原始钢筋混凝土柱的设计与制作，分析了原始构件在低周反复荷载作用下的破坏形态，然后对三个损伤混凝土柱进行加固设计，Z1采用注射环氧树脂进行裂缝修补、剔除破碎混凝土灌注高强灌浆料修复的加固方法，z2在Z1加固步骤的基础上在柱端塑性铰区横向粘贴两层CFRP进行加固，z3在Z1的基础上先在柱身侧面纵向粘贴两层CFRP，然后再横向包裹两层CFRP进行加固。

对上述三个损伤加固钢筋混凝土柱进行了低周反复试验，对损伤前后柱的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、荷载退化、刚度退化、耗能能力等性能进行了详细的分析．试验结果表明：采用本文的加固方法，加固后损伤钢筋混凝土柱仍具有良好的耗能能力，CFRP加圆柱在侧移较大的情况下侧向力较为稳定，位移和延性有不同幅度的提高，滞回曲线相对更加饱满；损伤混凝土柱加固后，其极限承载力、刚度都表现出不同程度的退化，损伤柱存在不可逆的残余裂缝和变形；采用CFRP纵横向加固损伤混凝土柱的极限承载力最高，未采用CFRP加固的混凝土柱承载力最低。

按基于性能的抗震设计原则，根据柱塑性铰区配箍特征值、轴压比及塑性铰极限转动量之间的函数关系，提出损伤指标D，从而对钢筋混凝土柱在地震作用下的破损状态进行量化评估，对我国规范抗震设防水准“中震可修”的可修范围进行量化描述．根据FRP约束矩形混凝土柱的有效约束模型，提出CFRP约束损伤混凝土柱的有效约束对象是带有初始损伤的核心区混凝土。基于FRP约束圆形混凝土柱的抗压强度模型，将约束应力由等效约束应力代替，并考虑到损伤程度的影响，提出了C邢心约束矩形损伤混凝土柱抗压强度模型。

最后，推导了CFRP横向加固损伤钢筋混凝土柱、纵横向混合加固损伤钢筋混凝土柱的正截面承载力计算公式，并与试验结果比较，吻合良好。

模型柱结构图

横向粘CFRP&纵横向粘贴CFRP

试验加载装置示意图