AFRP约束竹重组材柱试验研究开题报告

1. 研究目的与意义

较传统的加固方法，FRP加固技术具有轻质高强、操作简便、耐久性好等特点，而竹木结构房屋作为一种现代新型环保节能建筑已引起了国内外的关注。FRP新型材料的崛起，为竹木结构的加固带来了新的机遇，因其良好的性能且拥有众多的优点而被广泛应用，FRP加固竹木结构的研究也在不断地发展，可以看出它的未来发展前景非常巨大，使用FRP新型材料，具有重大的历史意义，也必将推动建筑行业的发展。本项目的研究符合《国家中长期科学和技术发展规划纲要（20062020）》确定的节能降耗、开发利用农林生物质资源的重点领域及优先主题，也符合《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》部署的重大任务之一绿色发展，建设资源节约型、环境友好型社会，具有重要的理论意义和应用价值，为现代竹木建筑结构的设计、推广和应用提供试验资料和理论基础。

2. 国内外研究现状分析

马建勋等人对 8组木柱（短柱）构件进行环向粘贴碳纤维布加固，通过包裹层数、碳纤维布幅宽和间距的变化来考虑对承载力提高的影响。试验结果表明，在不同加固方式下，提高幅度介于 18%-33%之间，碳纤维布加固量（层数）的增加和间距的减小都会明显地提高承载力。周钟宏等进行了cfrp加固14根短木柱（500mm）和10根长木柱（1500mm）的对比试验，其中cfrp的粘贴方向分为纵向和横向。试验结果表明，对于短木柱和长木柱，沿纵向粘贴碳纤维布都显著地提高了承载力，粘贴一层cfrp时，短木柱极限承载力提高6%-30%，而长木柱提高42%；粘贴二层cfrp时短木柱极限承载力提高35%-46%，而长木柱提高 46%-72%，比一层的提高幅度大。仅沿横向粘贴cfrp对柱承载力的影响不明显。华侨大学郑涌林进行了frp加固木柱的轴心受压性能试验，研究发现横向加固可以约束柱身纵向开裂，而纵向加固约束了木柱的偏压失稳，加固后抗压极限承载力得提高明显。上海大学吴鸿基于frp加固木柱的弯曲变形二阶效应控制方程，研究了轴向压力下frp布加固简支木柱中间部分的稳定性问题。结果表明：frp布加固层厚度和长度的增加，木柱的临界荷载也增加，frp加固木柱的中间部位对木柱稳定性影响较大。

根据以上学者的研究可知，frp对柱子的极限承载力的影响与柱子的尺寸、粘布方向、粘布层数、布幅宽和间距有关。长柱承载力提高幅度比短柱明显，仅横向粘布提高不明显，但可以有效约束柱身纵向开裂，而纵向粘布明显地提高了承载力和有效约束了柱子偏压失稳，布加固量（层数）的增加和幅宽、间距的减小都会明显地提高承载力。同时，frp布加固层厚度和长度的增加，木柱的临界荷载也增加，frp加固木柱的中间部位对木柱稳定性影响较大。

目前，在frp加固木柱轴心受压方面，仍有许多不足。例如：国内部分研究人员根据加固混凝土的方法提出的frp加固木柱轴心受压承载力的经验公式，但是从现有的研究情况来看，这个经验公式存在很大的不足。首先，木材的性能受多方面因素的影响，如含水量、温度、本身缺陷等，同时材料性能差异性大，对frp加固前后性能的研究需要大量的试验数据，目前可得到的数据却很少；其次，木材是各向异性材料，受压破坏表现为木纤维受到褶皱、膨胀导致外部其约束作用的frp材料被拉断，这充分发挥了frp的高抗拉强度性能，而frp加固木结构后的破坏形态如果尚不确定，现有的试验现象又表现出很多种破坏形态，frp层也不是被拉断破坏，未能发挥其优势；再次，frp约束木柱中frp开裂时应力的取值需进一步进行研究，已有研究的取值也不一致，存在一定的差别，所以得到的结果也不相同；最后，frp约束刚度的影响还未能很好地建立和解释，需要进一步明确约束刚度的概念；同时，frp约束木材受压后，木材三向受压，增加了frp加固木柱性能研究的难度，在理论上将很难进行复杂应力状态的分析。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：了解afrp约束竹重组材柱的破坏模式、应力应变模型及设计理论，具体对重组材柱的受压性能进行数据收集和研究。重组材受压实验的试件分为96mm*96mm*570mm，96mm*96mm*950mm，96mm*96mm*1330mm和96mm*96mm*1710mm四种尺寸，只有偏压，且都是顺纹试件。试件置于疲劳试验机上，采用一个激光位移计和两个普通位移计，试件上共粘贴12个应变片且一起连通于tds一起上，采集位移与压力。

研究计划 ：

1~4周：frp相关研究资料的搜集、阅读、参考并完成开题、文献综述

4. 研究创新点

FRP材料拥有优越的性能:l、比强度和比模量高，有利于提高加固结构的强度和刚度；2、自重轻，施工方便，可降低劳动力费用，当用于旧有结构的维修加同时效果更为明显；3、良好的耐腐蚀性能，可以在各种化学环境或潮湿环境中抵抗腐蚀；4、良好的弹性性能，应力应变曲线接近线弹性，在发生较大变形后还能恢复原状，塑性变形小；5、可设汁性强，可以通过调整纤维的含量和铺设不同方向的纤维设计出各种强度和弹性模量的CFRP产品；6、产品成型方便，形状可以灵活设计。因此，FRP应用在竹木结构上可以极大提高竹木结构的极限承载力及稳定性。

在试验中，利用大批量的试件进行材性实验分析，反复校正，科学规避实验误差，得出最优化的数据曲线与弹性模量。