0概述高强混凝土在我国己有20多年的应用历史。C50~C60高强混凝土己在许多建筑物和桥梁中得到应用，特别是近年来，大型桥梁混凝土的主体构件如主梁、刚架、桥墩等多数采用高强混凝土。沈阳、广州等地还建成了设计强度为C80的高强混凝土建筑物111.正在修订的混凝土结构设计规范也将混凝土的*高强度等级从C60提高到C80.这必将使高强混凝土进一步得到推广应用。

　　高强混凝土众多的优良性能来自致密的细观结构和低水胶比，但是低水胶比也导致了混凝土的脆性和易开裂的倾向。现有的工程己经暴露了高强混凝土的这一弱点。并且随着混凝土的强度提高，其脆性也随之大，限制了其应用，特别是在多地震地区的使用。

　　常用的提高构件延性的方法主要有：加大构件截面、外包钢管、封闭箍筋等等。其中*常用的是利用封闭箍筋的方法，但是过低的配箍率作用不大。高强混凝土由于其内部可能存在较大的收缩应力以及易于劈裂的脆性倾向，在相同配筋条件下，箍筋对高强混凝土的约束效果低于普通混凝土。并且采用封闭箍筋的方法不能限制箍筋外的混凝土保护层的剥落。其它的方法受到使用场合的限制。工程界迫切需要新的加固技术和方法。

　　纤维强树脂基材料（英文简称为FRP）具有优良的物理力学性能，可用于提高高强混凝土在受压状况下的强度和延性。在构件，特别是在柱子、烟囱等构件外缠绕FRP材料，提高构件的延性和抗震能力是目前研究的一个热点。

　　本文利用不同品种和层数的自制的FRP材料对素混凝土棱柱体进行缠绕，通过对素混凝土棱柱体轴心抗压破坏全过程应力一应变分析，研究FRP加固对柱子等构件的延性影响。

　　1试验设计11试件制备本文配制的混凝土为C60属于高强混凝土范围。配合比为水泥：水：砂：石子=1：0.29：1. 215.水泥采用江南水泥厂生产的525号普通硅酸盐水泥，中砂，石子为连续级配，*大粒径25mm.江苏省应用基础研究基金，项目号：BI97021.**作者：陈春男1975年2月出生工学硕士助教试件尺寸100mmX100mmX300mm.混凝土标养28d抗压强度为65本文采用3种不同的纤维自制3种FRP材料。

　　依据FRP的品种和层数，加固用FRP材料分别记作CFRP1、CFRP3、GFRP1、GFRP3、HFRP1、HFRP3.依次为碳纤维1层、碳纤维3层、玻璃纤维1层、玻璃纤维3层、混合纤维1层和混合纤维3层。

　　加固工艺加固工艺见。

　　试件表面处理一>上底层胶一>纤维缠绕一>上面层胶―>静置7加固流程加荷及测量设备000kN荷载传感器和自行设计的变形测量装置，通过计算机数据采集系统采集应力、应变数据。变形测量装置见。该装置参照钢纤维混凝土试验方法（CECS13：89）设计。试验机为3000kN压力机。

　　对于有FRP材料缠绕的试件可以直接测量，但对于没有FRP缠绕的素混凝土柱，由于其脆性较大，无法直接测量其应力一应变全过程，本文采用在素混凝土柱外部套上一个钢筒的方法测量其破坏全过程。在混凝土受压破坏时可以将荷载（能量）转移到钢筒上。测量时将试件放在球面座上，再在试件上放置一块钢板，放上1 000kN的荷载传感器，顶部放置橡胶片调节总高度，使其与钢筒高度相同或相近。然后套上钢筒，将荷载传感器和位移传感器的引线从钢筒上预先开好的口上引出，接到计算机数据采集系统。加荷时保持加荷速度一致。

　　2试验结果及分析2.轴心抗压强度轴心抗压强度结果如表1所列。从表中数据可以看出，利用在素混凝土棱柱体外部缠绕FRP材料的方法，可以提高素混凝土柱的抗压强度。FRP的品种、层数不同，提高的幅度也不一样。碳纤维提高的幅度*大，混合纤维次之，玻璃纤维*低；随着层数的增加，提高幅度也随之增大；但考虑经济性，以碳纤维为例，从1层增加到3层，价格提高3倍而抗压强度只提高4 9%.因此，FRP层数不能无限制地增加。

　　表1轴心抗压强度编号抗压强度MPa提高率/%价格/元未加固柱注：表中的价格是指加固一根素混凝土棱柱体所需的材料费用。

　　2.破坏形态对破坏形态分析发现，主要是试件棱边处的FRP材料被拉断，是由于试件棱边的应力集中现象造成的。可见，若试件横截面为圆形或椭圆形，则抗压强度还会进一步提高。典型破坏形态见。

　　23破坏全过程应力一应变曲线计算机数据采集系统采集的应力一应变数据，结果见。

　　从可以看出，缠绕FRP材料可以有效地提高素混凝土棱柱体的极限应变和轴心抗压强度。相同层数情况下，极限应变和轴心抗压强度取决于纤维的品种。碳纤维由于抗拉强度和弹性模量远高于玻璃纤维，加固后素混凝土柱的极限应变和轴心抗压强度高于玻璃纤维，特别是GFRP3后期强度下降十分缓慢，出现一个平台；混合纤维的加固效果在碳纤维和玻璃纤维之间；逭着层数增多，也随之改善，HFRP3也出现一个平台。除了力学性能外，有资料表明，用碳纤维加固的长期性能和耐久性都高于玻璃纤维。

　　2.韧性计算参照钢纤维混凝土压缩韧性的测试与计算方法，对FRP包裹的棱柱体进行压缩韧性计算，结果见表2.从表中数据分析可知，相同层数时，碳纤维棱柱体轴心受压过程的应力一应变全曲线（a）―基准棱柱体应力一应变；层FRP材料加固效果；（c）一三层FRP材料加固效果纤浦树脂基复合材料包覆高强混凝土的轴心抗压性能研究！春等AUrights呢rved.韧性指数*高，混合纤维次之，玻璃纤维*低。但是对于同种纤维，随着层数上升，韧性指数下降。韧性指数下降，并不代表韧性下降或韧性变差，这只与评价的方法有关。由广义虎克定律151知：任何材料当受到双向或三向各向同性的应力时，材料各单元的各棱边的总变形均比单向应力时的棱边变形值小。

　　表2棱柱体的压缩韧性指数韧性指数基准应变测量计测量的是混凝土纵向应变，在相同的纵向应变下，3层FRP材料产生的压应力大于1层FRP材料产生的压应力，因而，3层FRP材料缠绕混凝土的横向应变小于1层FRP材料缠绕混凝土的应变。随着纤维层数增加，达到极限荷载时的应变变大，即极限荷载峰值后移。韧性指数是以临界变形的3倍或5. 5倍，应力一应变曲线所包括的面积除以临界韧度计算而得到的，因此随着层数增加，临界变形变大，韧性指数下降。

　　若以CI方法，测定相同应变下的总面积，见表3可知随着层数增加，相同应变下的总面积增大。

　　表3 e=5XW3、10X10-3时应力一应变曲线包围的面积面积（X 103时面积（X 3加固机理混凝土在外荷载作用下破坏是由于混凝土中微细裂缝因应力集中的作用而不断扩展的结果。一般而言，混凝土中存在的内部微裂缝在荷载作用下的扩展可大致分为4个阶段：（1）部分裂缝的初始闭合阶段：混凝土中的原有裂缝在加荷初期，由于荷载值较低，部分微裂缝会受到压缩而闭合，使混凝土比受荷前密实，体积减小，弹性模量有所提高；（2）裂缝的受力引发：在加荷初期至20%左右的极限荷载时，在混凝土中局部产生拉应变高度集中的各点上会产生新的微裂缝；（3）裂缝的稳定扩展：在此阶段，随着荷载的增加而微裂缝不断扩展，但若保持荷载不增加，裂缝也会停止扩展；（4）不稳定的裂缝扩展：进入此阶段，即使荷载不增加，裂缝的扩展还将继续进行，直到材料破坏。对于受纵向荷载作用的混凝土，其受压损坏的力学特征表现为：混凝土纵向受压时，横向将产生拉伸应力和应变，当拉伸应变达到极限时即引起混凝土的损坏。

　　从上述混凝土受压破坏机理可知，如果能够限制或约束混凝土在纵向受压荷载作用下产生的横向拉伸应变，即限制或约束混凝土在承受纵向压力过程中的内部微裂缝的扩展或延伸甚至使裂缝闭合，使混凝土在受荷载情况下内部结构保持连续性，那么，混凝土的承压能力必将提高，并且极限变形增大。缠绕FRP材料提高混凝土的韧性和抗压强度就是利用上述原理。

　　4结论本文采用不同品种的FRP材料对素混凝土棱柱体进行缠绕后，测量其轴心抗压应力-应变变化全过程曲线。试验表明：缠绕FRP材料可以有效地提高素混凝土棱柱体的极限应变和轴心抗压强度。

　　在相同的应变下，FRP缠绕的棱柱体抗压强度远高于未加固的素混凝土棱柱体；在相同的荷载下，未加固的素混凝土棱柱体的应变远大于缠绕FRP的棱柱体。

　　不同的FRP材料，提高素混凝土棱柱体的极限应变和轴心抗压强度效果不一样。韧性计算表明，效果*好的是碳纤维，其次是混合纤维，*差的是玻璃纤维。

　　（下转第42页）时，负摩阻力为23kN）当接近极限荷载时，的负摩阻区变得很小而正摩阻区扩大，从而侧上部土层平均侧阻表现为正值但数值较小，顶轴力逐渐加大。此时加固区的压缩量亦增长很快，复合地基的沉降加大，超过了允许值且达到破坏。

　　2.4.3侧负摩阻力的作用素混凝土复合地基中存在的侧负摩阻力对复合地基的影响与基础中负摩阻力对体的影响是不同的。对基而言，负摩阻力对基的承载力产生不利的影响。而在复合地基中，负摩阻力的作用却是有益的。在竖向荷载的作用下，周土体相对于产生下沉而产生负摩阻力，正是这个负摩阻力阻碍了周土体的沉降，使周土体的承载力得到加强。同时，负摩阻力的存在促使体很快参与共同工作。在加荷初期，土应力比较小（0）顶所承担的荷载较小，但此时侧负摩阻力却较大这样导致随深度的加大而承担了更多的荷载，在中性点处轴力达到极值，其增大的幅度是很大的它能够使中性点以下的摩阻力从一开始就得到较大地发挥。随着荷载的增加，负摩阻力开始逐渐减小，顶分担的荷载不断加大，此时才明显地发挥其作用。由以上发展过程可见，是负摩阻力使从加荷开始就起到了承担较大荷载的作用，使参与共同工作，并使下部的摩阻力也能得到充分发挥，进而使在全过程都发挥了作用。同时，周土体的承载力也得到增强。

　　0不同载荷状况下的土应力比n此外，从这一过程我们可看出，负摩阻力将周土中的一部分荷载转嫁给，其实质是间土的荷载分担比减小了，而的荷载分担比增大了，尤其在加载初期是较为明显的。但是，相对于复合地基承载力而言，这一转换荷载的大小是有限的，本试验*大值为24kN.这样，间土还是能够发挥承载力的。然而我们会想到，群复合地基中当间距较小时，这一转移荷载的大小是不可忽略的。此时虽然在顶处土体分担了很多荷载，但实际上绝大多数的荷载通过负摩阻力又传给了而并未沿竖向分散开来，这样的结果反而可能会因为垫层的存在使沉降相对加大。因此，在群复合地基中间距是不应该太小的，它应该在允许范围内尽可能地加大。

　　3结论带垫层的素混凝土复合地基与散体复合地基、不带垫层的复合基的荷载传递机理是有明显差别的，三者的身轴力、侧摩阻力的分布是不同的。与散体相比，素混凝土复合地基中荷载沿身全长传递。与无垫层带台单相比，侧摩阻力从加荷开始在周上部土层即出现负摩阻力，使得身轴力*大点不在顶而在中性点处。

　　复合地基中侧负摩阻力的大小随荷载力口大而变小，其中性点Z0位置逐渐上移，相当一部分上部土层的摩阻力随着荷载的加大由负摩阻力逐渐变为正摩阻力。该负摩阻力使从加荷开始就承担较大荷载，并使下部的摩阻力也能得到充分发挥，进而使在全过程都发挥了作用。同时，周土体的承载力也得到增强。

　　负摩阻力将周土中的一部分荷载转嫁给，这样使间土的荷载分担比减小了，的荷载分担比增大了。