Page 231 - 《振动工程学报》2025年第9期

第 9 期 苗丽越，等：钢筋与 BFRP 筋混凝土剪力墙抗震性能对比分析 2161

筋混凝土剪力墙易发生脆性剪切破坏，抗震性能较 相比，BFRP 具有更高的强度、弹性模量和化学稳定
[2]
差 。为了抵抗地震作用，在实际工程结构中均采用 性，但两者成本相近 [29] 。然而，关于 BFRP 筋混凝土
水平配筋率足够的钢筋混凝土剪力墙 [3-6] 。HIDALGO （BFRP-RC）剪力墙的研究极少。目前，仅 RAHMAN
等 [7] 认为适当提高水平配筋率不仅可以增强剪力墙 等 [30] 通过试验初步分析了 BFRP 筋和钢筋混凝土剪
的抗剪强度，还可以减小裂缝宽度。 力墙在循环荷载作用下的承载力、刚度、耗能能力
此外，在极端潮湿和恶劣环境条件下，结构中的 的异同。
钢筋会发生锈蚀，使得钢筋强度下降，进而导致结构 本文在循环荷载作用下开展了钢筋和 BFRP 筋
承载力降低 。纤维增强聚合物（FRP）材料具有重 混凝土剪力墙的抗震性能试验；并采用细观数值模
[8]
量轻、强度高、线弹性和耐锈蚀等特点，可以成为一 拟方法，拓展了剪力墙水平配筋率范围。定量分析
种有效替代钢筋的加固材料，以实现结构的修复并 了水平配筋率和筋材类型对混凝土剪力墙的抗震性
避免锈蚀 [9-11] 。目前，FRP 筋的使用越来越多，其使 能和破坏特征的影响，包括裂缝的分布与发展、水
用范围包括梁、单向和双向板以及柱等建筑构件 [12-16] 。 平筋应变、滞回特性、变形能力、能量耗散、残余
已有许多学者关注 FRP 筋加固剪力墙的抗震性能。 变形。

MOHAMED 等 [17-18] 针对玻璃纤维增强聚合物筋混凝
土（GFRP-RC）剪力墙和钢筋混凝土（RC）剪力墙的变
1 试 验 概 况
形能力和变形特性的差异进行了分析，提出了验证

GFRP-RC 结 构 变 形 能 力 的 方 法 。 ARAFA 等 [19-22] 对
1.1 试件设计
9 个剪力墙进行了循环荷载试验。与 RC 剪力墙相
比，GFRP-RC 剪力墙的残余变形较小，更利于震后修 本试验设计了 4 个剪力墙试件。其中，试件的
复 。HOSSEINI 等 [8] 对 RC 和 GFRP-RC 剪 力 墙 破 坏 尺 寸（ 长 度 ×高 度 ×厚 度 ） 为 1800 mm × 1800 mm ×
模 式 和 抗 震 性 能 进 行 了 试 验 研 究， 结 果 表 明 ： 与 240 mm。为探究水平配筋率 ρ h 和筋材类型对剪力墙
RC 剪力墙相比，GFRP-RC 剪力墙的极限侧向荷载、
抗 震 性 能 的 影 响， 设 计 了 两 种 水 平 配 筋 率 （ 0.25%
累 积 耗 散 能、 变 形 能 力 均 较 高 。 ZHAO 等 [23] 指 出 ，
和 0.50%） 和 两 种 筋 材 类 型 （ 钢 筋 和 BFRP 筋 ） 。 其
碳纤维增强聚合物筋混凝土（CFRP-RC）剪力墙的耗
中，0.25% 为《混凝土结构设计规范》（GB 50010—
能能力和残余变形均小于 RC 剪力墙。HUANG 等 [24] 、
2010） [31] 中规定剪力墙的最小水平配筋率，0.50% 为
SONG 等 [25] 和 SHEN 等 [26] 对 CFRP 网格筋（与 CFRP
考虑到加载装置的量程、钢筋间距及试件制作时操
筋具有相同的性能）加固剪力墙进行了试验研究,研
作的简便性而设置。另外，为控制变量，试件的轴
究发现:与 RC 剪力墙相比，CFRP 网格筋加固剪力墙
力、竖向配筋及边缘构造柱配筋等力学参数均保持
具有较好的抗震性能，承载能力较大，且残余变形较
一致。各个试件的配筋和应变片的布置情况分别如
小。此外，赵军等 [27-28] 对钢筋/CFRP 筋混合配筋混凝
土剪力墙抗震性能进行了试验研究，发现混合配筋 表 1 和图 1 所示。表 1 中，L 为墙长，H 为墙高，T 为
试 件 残 余 变 形 下 降， 自 复 位 性 能 提 高 。 与 GFRP 墙厚。为便于区分各试件，将 4 个试件分别以“筋
和 CFRP 相比，玄武岩维增强聚合物（BFRP）具有良 材-水平配筋率”命名。例如，试件钢筋（BFRP 筋）-
好的潜力，可以提供与其他 FRP 类型相当或更好的 0.25% 代表水平配筋率为 0.25% 的钢筋（BFRP 筋）混
效益。如，与 CFRP 相比，BFRP 的成本更低；与 GFRP 凝土剪力墙。

表 1 试件设计参数
Tab. 1 Design parameters of specimens

尺寸 墙体配筋
试件编号 轴力N/kN
(L×H×T)/mm 3 水平 竖向
钢筋-0.25% 1800×1800×240 10@260 10@100 618
钢筋-0.50% 1800×1800×240 10@130 10@100 618
BFRP筋-0.25% 1800×1800×240 ϕ10@260 ϕ10@100 618
BFRP筋-0.50% 1800×1800×240 ϕ10@130 ϕ10@100 618
注： 10(ϕ10)@260含义为直径10 mm的HRB400级钢筋（直径为10 mm的BFRP筋），间距为260 mm。

1.2 材料力学性能 HRB400 级 钢 筋 ， BFRP 筋 混 凝 土 试 件 的 水 平 分 布
钢筋混凝土试件的水平分布筋、竖向分布筋、 筋、竖向分布筋、拉筋以及边缘构造柱的纵筋和箍
拉 筋 以 及 边 缘 构 造 柱 的 纵 筋 和 箍 筋 均 采用 筋 均 采用 BFRP 筋 。 表 2 和 3 分 别 总 结 了 钢 筋 和