【摘 要】
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纤维增强塑料（Fiber Reinforced Polymer,简称FRP）筋因其突出的耐化学侵蚀性能常被用于解决海洋工程结构耐久性差的问题。FRP箍筋约束混凝土柱可以解决位于最外侧的钢箍筋更易腐蚀从而影响结构的耐久性的问题。FRP螺旋箍筋对核心混凝土提供较强的约束作用,但对方形截面柱的边角处混凝土无法约束,而FRP方形箍筋虽然可以用于方形截面混凝土柱,但其对核心混凝土的约束作用相对较弱。内圈为F
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纤维增强塑料（Fiber Reinforced Polymer,简称FRP）筋因其突出的耐化学侵蚀性能常被用于解决海洋工程结构耐久性差的问题。FRP箍筋约束混凝土柱可以解决位于最外侧的钢箍筋更易腐蚀从而影响结构的耐久性的问题。FRP螺旋箍筋对核心混凝土提供较强的约束作用,但对方形截面柱的边角处混凝土无法约束,而FRP方形箍筋虽然可以用于方形截面混凝土柱,但其对核心混凝土的约束作用相对较弱。内圈为FRP螺旋箍筋外圈为FRP方形箍筋的复合螺旋箍筋形式既可以用于方形截面混凝土柱,又很大程度上增加了箍筋对核心混凝土的有效侧向约束应力,从而提升构件的极限承载力和延性,解决FRP筋增强混凝土柱发生脆性破坏的问题。因此开展FRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱受压性能的研究,对FRP筋增强混凝土柱的推广应用以及海洋工程设施耐久性的提升都具有深远的意义。论文主要的研究工作包括以下三个部分:（1）基于对GFRP筋基本力学性能的测试结果,开展了9根GFRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱轴心受压试验,重点研究了箍筋间距、箍筋直径、箍筋形式和纵筋材料类型等重要参数对其承载力以及变形性能等的影响,总结了轴压试件的裂缝形态和最终破坏形态。结果表明:GFRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱的轴心受压过程可分为弹性阶段、弹塑性阶段、峰值平台阶段和破坏阶段;试件的裂缝形态大致有“H”型裂缝、“N”型裂缝和剪切斜裂缝三种;减小箍筋间距和增大箍筋直径可以显著提高试件的核心区混凝土强度和延性,当箍筋间距减小至50mm时,荷载-轴向应变曲线出现“二次峰值”现象;GFRP复合螺旋箍筋对核心混凝土的约束效果优于复合菱形箍筋和普通方形箍筋;GFRP纵筋对承载力的贡献远低于钢纵筋。（2）开展了7根GFRP复合螺旋箍筋约束混凝土柱偏心受压试验,重点研究了偏心距、箍筋间距、箍筋形式等重要参数对其承载力以及变形性能等的影响。试验结果表明:所有偏压试件的破坏模式均为受压区混凝土被压碎的受压破坏;柱中截面应变满足平截面假定;试件的极限承载力随偏心距的增大而减小;在同一荷载水平下,偏心距越大,对应的侧向变形也越大;减小箍筋间距可以提高试件的承载力和延性;GFRP复合螺旋箍筋形式可以使试件保持较高承载力的同时提升其变形性能,其外部方形箍筋在对螺旋箍筋与方形箍筋之间的混凝土产生约束的同时,与GFRP螺旋箍筋共同对螺旋箍筋内的核心混凝土产生“双重约束”。（3）基于对试验数据的回归分析,提出了GFRP复合螺旋箍筋约束方形截面混凝土柱的峰值应力、峰值应变以及极限点应变的计算公式。介绍了Mander模型、Afifi模型以及过镇海-张秀琴模型等三种典型的约束混凝土模型。借鉴目前已有的本构关系模型,通过对试验数据进行回归分析,建立了GFRP复合螺旋箍筋约束混凝土本构关系模型。
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