03.14 給混凝土戴個"金腰帶"

Fiber-reinforced Polymer Confined Concrete CORE,即纖維增強複合材料約束混凝土芯柱。

FCCC由纖維復材纏繞管混凝土組成,軸壓強度能夠達到120-280MPa,使混凝土強度提高一倍到三倍,將FCCC配置在柱、剪力牆等承壓構件中,可以提升構件及結構的承載力和變形能力,尤其是能夠提高豎向構件在極端荷載下的承載能力。

給混凝土戴個

認識FCCC,首先需要認識FCC(復材管約束混凝土)。複合材料管採用纖維纏繞工藝生產,現階段常用的纖維纏繞角度接近環向,通常具有較高的環拉強度。復材管內部填充混凝土,當混凝土受壓時管材提供環向約束,從而提升混凝土抗壓強度和延性。

啥叫約束呢?約束有什麼效果呢?

約束就是在物體的外部包裹或外部套裝一圈抗拉能力比較強的材料,限制了內部材料的橫向的膨脹從而提高物體另一個方向的承載能力。就像舉重人員的腰帶,腰帶限制了肌肉的橫向變形,所以舉重運動員就能舉得更多啦!

給混凝土戴個

我們就採用了這樣的原理,發揮了復材受拉強度高的優勢,提高了混凝土抗壓能力,提高了材料利用率,發揮了材料之間的組合作用。FCCC則是在FCC的基礎上更進一步:把FCC變成一個具有較高抗壓強度的粗鋼筋使用,放在構件中與其他材料進行合理使用。當然主要是用來抗壓,此外抗剪也是很強的!

如果外包的是鋼材,形成鋼管混凝土,不是也可以形成約束效果麼?相比於鋼管混凝土,FCC有什麼優勢呢?

給混凝土戴個

受力狀態明確,約束效果更加明顯!當鋼管混凝土構件承受軸壓荷載時,外部鋼管參與軸向受力,由於泊松效應,鋼管會膨脹,就對核心混凝土的約束效果就減弱了;

給混凝土戴個

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當然上面只是一方面。主要還是因為這個:當鋼管受壓屈服(2000微應變以內)後,剛度削弱,而混凝土還沒有開始顯著膨脹,所以鋼管對混凝土約束減弱了。此外,鋼材還可能受壓局部屈曲,約束效果減弱。而FCC構件外包的復材管為各向異性材料,軸向剛度幾乎與混凝土相同,環向剛度大,強度高,約束效果更加明顯。相比於此,FCC又有什麼優勢呢?

給混凝土戴個

小夥子很機智啊!你說的是鋼管約束混凝土,但是切割鋼管後,鋼管與混凝土界面存在一定的摩擦力,鋼管還會承受一定的軸向壓力,約束效果會打折扣。

而且眾所周知,工程中常用的鋼材Q345、Q460,屈服強度為345、460MPa,抗拉強度最高為490~620 MPa、550~720MPa,約束效果有限;而且鋼材存在較為明顯的彈性、屈服階段,當應力達到屈服點後,鋼材進入塑性,約束剛度顯著降低。而復材管採用高強纖維纏繞而成,高強纖維強度高,抗拉強度為700-800 MPa,如果採用碳纖維的話可以達到驚人的2000MPa。並且FRP隨加載過程約束剛度不降低,能夠為內部混凝土提供更加持久且有效的約束。

FCCC的受力機理、材料特性、應用方式使得這一技術具有如下突出優勢。

給混凝土戴個

l . FCCC力學性能優。FCCC利用複合材料抗拉強度大的特性,使復材對核心混凝土形成很強且持續的約束,使構件具有較高的軸向承載力和變形能力,軸向荷載下呈現雙線性遞增行為。用在結構中的框架柱、剪力牆等關鍵構件時,配置FCCC的構件能在高軸壓力、強震作用下不出現混凝土壓潰,使得結構具有很強的抗倒塌能力。

2 . 提高截面性能的同時,減少材料用量,減輕結構重量。在混凝土構件中配置FCCC,相比配置型鋼,可以實現更高的抗壓承載力,從而在受壓為主的構件中獲得較小的截面面積、減少材料用量。

3 . 耐久性好。在惡劣環境下,FCCC無鋼材的腐蝕問題,可充分發揮高性能纖維增強複合材料耐腐蝕的優勢,保護內嵌鋼筋、型材,從而避免出現結構材料腐蝕等耐久性問題導致的承載力退化。

4 . 解決復材管防火性能差問題。將復材管配置在混凝土中,可以利用混凝土耐火隔熱性能,避免復材管直接與高溫接觸,較好的解決復材管防火性能差的問題。

5 . 施工便捷。FCCC可以在工廠預製後直接運送至施工現場,吊裝至指定位置,可以與裝配式建築有機結合,減少現場施工。

6 . 管內可填充環境友好型混凝土,實現可持續發展。由於復材本身具有較強的防腐性能,因此可以將建築垃圾混凝土、回收骨料混凝土、海水海砂混凝土等環境友好型混凝土封閉填充在復材管內,約束內部混凝土,提升其承載力,充分發揮廢材效率,達到廢材利用可持續發展的目的。


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