[发明专利]一种新型FRP约束混凝土柱

说明书

公开了一种新型FRP约束混凝土柱。新型FRP约束混凝土柱包括：混凝土芯，所述混凝土芯具有柱形；FRP套管，所述FRP套管套住所述混凝土芯。所述FRP约束混凝土柱还包括设置在所述混凝土芯和所述FRP套管之间的抗裂材料层，所述抗裂材料层由抗裂材料制成，所述抗裂材料层能够在所述混凝土芯因承受压缩载荷而产生局部大裂纹时，产生多个微裂纹，从而重新分配局部应力和应变。所述新型FRP约束混凝土柱可以提高FRP约束效率以及整体结构性能。

技术领域

本公开总体上涉及一种新型的FRP约束混凝土柱，尤其涉及一种FRP约束的ECC-HSC复合柱。

背景技术

纤维增强聚合物(FRP)约束混凝土柱在过去的几十年中得到了广泛的研究。与没有约束的混凝土相比，FRP约束混凝土的抗压强度和变形能力均得到有效提高。当受到压缩载荷时，混凝土将在横向方向上膨胀，导致用于约束的FRP膨胀。作为线性材料，FRP内部的张力会随着其伸长率而增加。因此，在受约束的混凝土上会产生越来越大的围压，从而抑制混凝土的膨胀，提高抗压性能。根据研究，特别是当混凝土进入塑性变形阶段时，微裂纹发展，混凝土膨胀得更快，这会使得FRP提供的围压增加得更快，从而使得前述约束变得更加有效。FRP约束混凝土的失效模式是用于约束的FRP在达到其极限拉伸应变时发生断裂。

在工程实践中，可以使用高强度混凝土(HSC)来实现大的抗压性能。同样，FRP约束HSC可以产生更高的抗压强度，以及更大的变形能力。然而，由于明显的脆性，HSC会在垂直方向产生局部大裂纹，这是导致失效的罪魁祸首。对于FRP约束的HSC，这些局部大裂纹将在裂纹开始的位置对用于约束的FRP产生大的环向应变。当这种局部大环向应变达到FRP的极限拉伸应变时，就会发生断裂和失效。因此，可以注意到，即使对于圆形截面的FRP约束HSC(与方形、矩形和其他截面相比，约束更有效)，应变在用于约束的FRP上也不是均匀分布的。这意味着只有少量的FRP达到拉伸应变，而大部分FRP的应变较低，因此材料没有得到充分利用。据文献报道，FRP约束混凝土的平均断裂应变仅为FRP材料拉伸应变的0.6～0.8左右，存在较大的浪费。此外，由于脆性增加和局部大裂纹，FRP约束混凝土的平均断裂应变与FRP材料的极限拉伸应变之比(可称为FRP约束效率)随着没有约束的混凝土的强度的增加而降低。这也是FRP约束HSC柱工程应用的一大障碍。

因此，有必要进行研究以提高FRP约束效率，尤其是对于FRP约束的HSC。对于FRP约束的圆形截面，需要在约束FRP上实现更均匀的应变分布，以防止由局部大裂纹和相应应变引起的过早断裂。同时，如果应变分布均匀，则可以获得更均匀、更理想的围压。如果能提高FRP约束效率，FRP约束HSC的整体结构性能，包括抗压强度和延展性，也将得到增强。

为了解决这个问题，开发了一种新型的FRP约束混凝土柱。

发明内容

本发明的新型FRP约束混凝土柱可以提高FRP约束效率以及整体结构性能。

一方面，本发明提了一种新型FRP约束混凝土柱。所述FRP约束混凝土柱包括：混凝土芯，所述混凝土芯具有柱形；FRP套管，所述FRP套管套住所述混凝土芯。所述FRP约束混凝土柱还包括设置在所述混凝土芯和所述FRP套管之间的抗裂材料层，所述抗裂材料层由抗裂材料制成，所述抗裂材料层能够在所述混凝土芯因承受压缩载荷而产生局部大裂纹时，产生多个微裂纹，从而重新分配局部应力和应变。

所述混凝土芯可以是HSC混凝土芯。

所述抗裂材料层可以是ECC环。

所述混凝土芯可以具有圆形截面，所述FRP套管可以具有管状结构。所述抗裂材料层可以具有管状结构。

优选地，所述抗裂材料层和所述混凝土芯粘结，从而在承受压缩载荷时表现为一个整体构件。

所述抗裂材料优选具有1％-8％的拉伸断裂应变。

所述新型FRP约束混凝土柱可以不含钢材。