FRP约束混凝土圆柱应力-应变分析模型

为精确模拟FRP约束混凝土的单轴受压性能,提出了FRP约束混凝土圆柱应力-应变分析模型的建立方法.在分析国内外大量试验数据基础上,依据八面体强度准则提出了FRP约束混凝土圆柱极限强度的计算方法,分析FRP约束混凝土圆柱极限应变与侧向约束强度的关系,建立了极限应变的计算方法;分析应力-应变全曲线试验结果中轴向应变与环向应变的关系,建立由轴向应变确定环向应变的计算公式;以Mander本构模型为主动约束关系,采用增量方法计算了FRP约束混凝土圆柱的应力-应变系曲线,模型预测结果与多数试验结果吻合较好.     

轴心受压FRP约束圆形混凝土柱应力-应变模型

外包纤维复合材料(FRP)可以有效的提高混凝土柱的承载力和延性.本文系统总结了现有的几种FRP约束混凝土柱应力-应变模型,通过对已有大量试验研究结果的分析,指出FRP约束圆形混凝土柱的性能主要取决于FRP对混凝土柱的约束效果,引入约束效应系数ξ.并以约束效应系数ξ为主要参数,提出了FRP约束圆形混凝土柱三阶段应力-应变模型.该模型能较好的反映FRP约束混凝土柱应力-应变关系的特点,模型计算结果与试验数据吻合较好.     

FRP约束损伤混凝土环向应变-轴向应变关系

为分析混凝土损伤对FRP约束混凝土的影响,通过收集已有文献的264个试验数据,建立一个包含混凝土试件截面形状、损伤种类和损伤程度,以及FRP约束刚度的大型数据库. 基于数据库对现有环向应变-轴向应变关系模型进行评估,并在Jiang等模型的基础上,建立FRP约束损伤混凝土柱的环向应变-轴向应变关系模型,采用数据库对新提出模型的准确性进行验证. 计算结果表明:Jiang等模型可以准确描述FRP约束未损伤混凝土圆柱的环向应变-轴向应变关系,但是现有的FRP约束未损伤混凝土柱的环向应变-轴向应变关系模型不适用于FRP约束损伤混凝土柱; 并且随着混凝土损伤程度的增加,现有模型的计算值与试验值的偏差也在增加. 新提出的模型能够准确描述FRP约束损伤混凝土的环向应变-轴向应变关系,模型可推广应用于FRP约束高温损伤混凝土柱. 新模型既可以同时适用于FRP约束预损伤圆形、正方形、长方形截面混凝土柱,也可以计算FRP约束预加载混凝土圆柱与方柱.     

环向预应力FRP约束混凝土圆柱应力应变关系

环向预应力FRP能够对核心混凝土提供主动约束,避免FRP的应力滞后问题,增强约束效果。在设计时若采用非预应力FRP约束混凝土的计算模型和应力应变关系模型,将会造成很大的误差。引入与环向预应力大小有关的初始约束应力和有效约束应力,并依据已有的试验数据和有限元模拟,提出了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的峰值应力和峰值应变、极限应力和极限应变的计算模型;分析了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的初始弹模,借鉴已有的FRP约束混凝土的应力-应变关系模型,提出了环向预应力FRP约束混凝土圆柱的三线性应力-应变关系模型,计算结果与试验结果吻合良好。     

FRP约束混凝土柱强度和极限应变模型的比较

收集了大量试验数据,对已有的预测FRP约束混凝土柱强度和极限应变模型进行了评估。在保持已有模型预测圆形截面试件准确性的基础上,考虑截面有效约束,提出了对FRP约束圆形截面和矩形截面混凝土柱均适用的改进的强度和极限应变模型。评估结果表明,已有模型中对强度的预测要好于对极限应变的预测。Gampione强度模型对所有试件整体预测较准确,Lorenzis极限应变模型对圆形截面试件预测较准确。与试验数据和已有模型的对比表明,该文模型预测更准确,且计算更简便,可用于实际工程中对强度和延性的预测。     

FRP约束混凝土圆柱体本构关系模型

在FRP约束混凝土圆柱体试验的基础上,系统地评估了已有的FRP约束混凝土圆柱体强度模型及应力应变本构关系模型。将已有的强度模型分为两类,即基于钢箍约束混凝土强度模型和基于试验的经验公式。通过与大量的试验数据比较,指出了已有强度模型的不足之处。应用数理统计的方法建立了FRP约束混凝土圆柱体强度及峰值应变计算公式。在分析试验数据的基础上,提出了FRP约束混凝土圆柱体三阶段本构关系模型。计算结果表明,本文提出的FRP约束混凝土圆柱体强度模型及本构关系模型与试验值吻合较好。     

圆钢管轻骨料混凝土轴压短柱的力学性能分析

分析现有钢管轻骨料混凝土轴压短柱力学性能实验结果,提出轻骨料混凝土轴对称三轴受压轴向应力-应变关系,应用连续介质力学,确立圆钢管轻骨料混凝土同心圆柱体共同受压时的计算模型,建立了圆钢管轻骨料混凝土组合弹性模量理论计算公式和组合应力-应变关系的理论表达式,编制相应计算程序.结果表明,核心混凝土由于受钢管约束,其纵向应力有较大提高,延性得到显著改善,钢管在为轻骨料混凝土提供径向约束的同时,其纵向应力大幅降低;钢管对轻骨料混凝土的约束效果要低于对普通混凝土的约束效果.通过大量参数分析,得到钢管轻骨料混凝土轴压短柱极限承载力计算公式和组合应力-应变关系全曲线,计算与实验结果吻合良好.     

条带式FRP约束混凝土方柱的轴压承载力分析

为了研究条带式FRP约束加固混凝土方柱的轴心受压承载性能和工作机理,对3组(12个)FRP约束混凝土方柱试件进行了试验研究和受力机理分析,基于极限平衡法推导出了FRP约束混凝土方柱的承载力计算模型,计算结果与试验值基本一致。揭示了FRP约束混凝土方柱的工作机理,约束区域分为强约束区和弱约束区,借助试验结果和FRP约束刚度回归出了强约束区混凝土的极限抗压强度计算公式,考虑FRP种类、条带间距和宽度给出了FRP约束方柱的极限承载力计算方法。     

圆钢管混凝土构件抗弯性能数值分析与承载力计算

根据考虑强化的弹塑性钢材本构关系和约束核心混凝土本构关系,对圆形截面钢管混凝土构件进行截面划分,采用条带法计算了圆形截面钢管混凝土构件的弯矩-曲率关系曲线,分析结果表明,截面中性轴位置主要和套箍系数有关,通过对不同参数试件的分析计算,拟合得出截面中性轴位置的计算方法;对极限状态下钢管和混凝土的应力分布进行简化,基于截面内力平衡理论推导出圆钢管混凝土构件的抗弯承载力计算公式,并与试验结果进行对比,公式计算结果和试验结果吻合较好,计算结果总体上偏于安全,该公式可以有效计算圆钢管混凝土构件的抗弯承载力.     

四种FRP管约束UHPC轴压特性的试验研究

为研究纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer,FRP)管约束超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)的轴压特性,分别对4个未约束和36个约束圆柱体试件进行了轴压试验,测定了应力-应变全曲线,获得了强度和极限应变值.试验结果发现:FRP约束UHPC可明显提高其强度和变形能力,纤维布层数愈多、强度越高,改善效果愈明显;轴压应力-应变曲线为双线性;在相近的约束比下,FRP管约束刚度越小,约束试件的极限应变值越大;已有的强度和极限应变的模型预测值均高于实测值,极限应变预测值偏离试验值更大.本文回归得到了FRP管UHPC的强度和极限应变预测公式预测精度较高.