FRP约束混凝土强弱约束判断准则

基于数值模拟和以往研究,分析了不同强弱约束状态下的FRP约束混凝土行为.分析结果表明:(1)约束混凝土应力-应变曲线根据强弱约束状态不同而发生变化,处于强约束条件下的混凝土,极限强度大于无约束混凝土强度,对于加固量较小的弱约束混凝土,破坏时的应力值等于或者小于无约束混凝土的强度;(2)计算非圆形截面的约束应力、约束刚度、极限约束应力时要考虑形状等效系数kse,约束混凝土极限状态下的FRP断裂应变小于FRP极限拉应变,对于混凝土圆柱,FRP断裂应变可等效为环形劈裂试验值,对于非圆形截面,需计入形状等效系数kse的影响;(3)定义极限约束应力与无约束混凝土强度比值为约束比,约束比决定混凝土强弱约束状态.通过对收集到的试验数据进行回归,提出了强弱约束判断准则.     

FRP配筋混凝土路面结构力学性能试验分析

为了判断纤维增强复合材料（fiber reinforced polymer,FRP）配筋混凝土路面结构的力学性能差异,确定其应力关系,需要进行FRP配筋混凝土路面结构力学性能试验分析。以某混凝土路面的核心试件为例,首先使用特征分析法分析FRP配筋混凝土路面结构试件特征,其次使用对比法判断混凝土试件的承载力,最后使用变形约束法确定试件的力学性能,得出FRP配筋混凝土路面结构的力学性能关系。力学性能试验分析结果表明,随着FRP层数的增加,混凝土的抗压强度、极限应变、初始刚度均受到不同程度的影响,证明FRP配筋混凝土路面结构符合应力-应变力学性能关系。     

不同应变速率下CFRP约束混凝土方柱的力学性能

为研究不同应变速率下碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)约束混凝土方柱的力学性能,本文采用CFRP约束倒角半径为15 mm、45 mm、60 mm的方形试件,进行应变速率为3.3×10^-5 s^-1、3.3×10^-3 s^-1的加载试验,分析了试件倒角半径和应变速率对CFRP约束混凝土方柱的应力-应变曲线、轴向应变-环向应变曲线和抗压强度的影响。结果表明,试件的应力-应变曲线的第二段斜率和抗压强度均随着试件倒角半径与应变速率的增加而增大;轴向应变-环向应变曲线的斜率随着应变速率的增加而增大,随着CFRP的层数增大而减小。最后基于试验数据对现有文献的模型进行评估,结果表明Lin等模型的预测结果与准静态下FRP约束混凝土方柱的轴向应变-环向应变关系曲线比较吻合,魏洋等模型能够预测FRP强弱约束状态,Cao等模型可以用于预测不同应变率下CFRP约束混凝土方柱的抗压强度。研究成果为CFRP约束混凝土方柱的进一步应用提供了试验依据与理论基础。     

FRP非均匀约束海水海砂混凝土方柱轴压性能

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)-海水海砂混凝土(SSC)组合结构的应用范围,改善FRP约束海水海砂混凝土柱脆性破坏特性,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非均匀约束海水海砂混凝土方柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明：由于CFRP非均匀约束试件中沿高度方向CFRP厚度并不相等,因而整个破坏过程具有明显的预兆,故脆性行为得到明显改善。相比于相同体积率下的全包裹和条带约束试件,其具有更优越的力学性能,尤其是在净距比较小的情况下。随着外部CFRP条带净距的下降和层数的增加,试件的极限强度和变形能力显著提高。具体而言,由于FRP条带净距的降低导致试件的极限强度增幅在5.4%～18.5%不等,而在净距比固定状态下,当外部条带层数增大1倍后,极限强度与应变的最大增幅分别为15.8%和21.8%。最后基于试验数据,对现有部分代表性应力-应变模型对于非均匀约束混凝土的适用性进行了讨论,并给出了所有模型对于试件极限状态的预测精度与误差大小。     

FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系理论模型

在平面应变条件下对FRP-混凝土-钢混合双管柱进行力学分析,考虑混凝土和钢管的弹塑性,通过FRP管有无达到极限状态判断试件是否破坏,提出FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系理论模型,理论计算曲线与试验曲线吻合较好。在理论模型基础上对FRP与钢双管约束混凝土应力-应变曲线进行参数分析,考察FRP管类型、空心率、钢管径厚比、混凝土强度以及钢管强度对混凝土应力-应变曲线的影响,研究表明FRP管类型、空心率和混凝土强度对应力-应变曲线有影响,钢管径厚比和钢管强度几乎没有影响。     

FRP管约束混凝土的轴压应力-应变关系研究

目前FRP约束混凝土轴压应力-应变关系大都只考虑FRP管环向受拉。针对FRP管约束混凝土的轴心受压性能进行分析,考虑其承受压力造成约束模量降低的影响,在现有约束混凝土模型的基础上,提出一种考虑FRP管在双向受力情况下的应力-应变关系分析模型,并与试验结果进行了分析对比,分析结果与试验结果吻合较好。还依据这一模型进行了参数研究。     

基于修正混凝土塑性损伤模型的大应变FRP约束混凝土有限元分析

精确的有限元分析(FEA)依赖于材料的准确定义。通过编写用户子程序UMAT实现了大断裂应变纤维增强聚合物(LRS FRP)在纤维方向上拉伸特性的定义。基于Abaqus中混凝土塑性损伤模型的理论框架,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型用于定义LRS FRP约束混凝土的材料特性。这些改进包括：通过LRS FRP约束混凝土的实验数据校准了与屈服准则相关的参数K;硬化/软化准则与约束刚度相关;流动法则与轴向塑性应变相关。采用修改后的材料模型进行FEA,结果表明：FEA预测的应力-应变曲线与实验结果吻合。基于FEA的结果,讨论了矩形柱截面上应力分布的不均匀性,根据约束效果可分为有效约束区域和弱约束区域,且在约束有效区域上应力分布不均匀性随着截面比(长边/短边)的增加而增加。     

FRP约束混凝土力学性能影响因素分析

FRP作为一种新型人工复合材料,因其强度高、密度小、施工简便、耐腐蚀性高、不增加构件截面尺寸等优点,被广泛应用于土木工程结构加固中.FRP约束混凝土本构关系、极限抗压强度、极限应变等力学参数是进行结构强度补强和延性加固的前提和基础.为使FRP约束混凝土更好地应用于工程实践,基于有限元分析手段和国内外近10年来关于FRP约束混凝土的试验研究与分析成果,深入分析和研究了约束比、混凝土柱截面形状、尺寸、强度、FRP用量、模量、FRP强度以及延伸率对FRP约束混凝土力学性能的影响.     

纤维增强聚合物复合材料-钢复合圆管约束混凝土轴压性能预测模型

纤维增强聚合物复合材料（FRP）-钢复合圆管约束混凝土由于具有很好的综合性能,近年来得到了广泛的研究,尚缺乏完整的应力-应变关系全曲线计算模型。本文在综合作者现有研究成果的基础上,广泛收集了96个FRP-钢复合圆管约束混凝土柱的轴心受压试验结果,系统分析了试件参数的影响规律,提出了FRP-钢复合圆管约束混凝土的应力-应变关系曲线的完整计算模型,包括峰值应力、峰值应变、极限应力和极限应变的计算方法,并建议了应力-应变关系全曲线预测模型,模型较好地预测了FRP-钢复合圆管约束混凝土的应力-应变关系曲线的特征,预测结果与试验结果吻合较好。建议模型具有较好的通用性和准确性。      

纤维增强树脂复合材料约束超高性能混凝土轴压性能的细观数值模拟

利用LS-DYNA有限元分析软件建立纤维增强树脂(FRP)复合材料约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱细观有限元模型,以研究其单轴受压性能。通过已有试验数据验证了模型的有效性,并建立了能准确反映FRP复合材料约束作用的K&C模型的剪切膨胀参数预测公式。在此基础上进行参数分析,研究FRP复合材料厚度、纤维缠绕角度和钢纤维掺量的影响。结果表明,本文模型不仅能模拟随机分布钢纤维对试件应力分布的影响,且能较准确反映FRP复合材料约束作用对核心UHPC强度和延性的提高效果。模型在轴压作用下的破坏模式和应力-应变曲线与试验结果基本一致。参数分析表明,随FRP复合材料厚度或纤维缠绕角度的增大,试件极限承载力和延性均增大,而增大钢纤维掺量虽可限制核心UHPC斜裂缝的开展,但对试件强度和延性影响较小。      

酸雨对再生骨料混凝土实心砖砌体抗压性能影响试验研究

为了研究酸雨腐蚀对再生骨料砖混凝土实心砖砌体抗压性能的影响,该文以32榀相同特性的再生骨料混凝土实心砖砌体抗压试件为研究对象,利用国内先进的人工模拟大气环境实验室,对其进行喷淋-光照循环加速腐蚀试验及轴心抗压试验,对比分析了试件抗压强度、破坏形态、弹性模量和应力-应变关系随腐蚀循环次数的变化。试验结果表明：经酸雨腐蚀后的再生骨料混凝土实心砖砌体开裂荷载较小,裂缝出现较早,破坏相对严重;随着腐蚀次数的增加,应力-应变曲线斜率逐渐减小,弹性模量逐渐降低,抗压强度呈先升后降的趋势。经300次酸雨腐蚀,抗压强度下降29%,弹性模量下降42%。     

酸性大气环境下多龄期平面钢框架结构抗震性能试验研究

为研究酸性大气环境下锈蚀对钢材力学性能和平面钢框架结构抗震性能的影响,利用人工气候加速腐蚀试验技术对21组钢材材性试件和4榀平面钢框架结构进行加速腐蚀,并分别对其进行拉伸试验和拟静力试验。拟合拉伸试验数据,得到钢材力学性能（屈服强度、极限强度、伸长率和弹性模量）与失重率之间的线性回归关系;通过拟静力试验,分析了不同锈蚀程度对平面钢框架结构抗震性能（荷载-位移曲线、骨架曲线、强度和刚度退化、耗能能力等）的影响,得到不同锈蚀程度下平面钢框架结构抗震性能的衰退规律。结果表明,锈蚀对平面钢框架结构的抗震性能有着显著的影响,随着锈蚀程度的加剧,平面钢框架结构的极限承载力和耗能能力明显降低,强度和刚度退化严重,而且脆性破坏显著。     

FRP约束混凝土的应力-应变关系

通过修正已有文献中提供的约束混凝土体积应变计算模型,并基于受定侧压力作用下混凝土的应力-应变关系模型,采用数值方法,全过程计算了具有被动约束特征的圆形截面纤维增强塑料(FRP)约束混凝土的应力-应变关系.结果表明,无论是对于具有强化特征还是具有软化特征的FRP约束混凝土,计算结果和实验结果及其他文献报道的实验结果均吻合良好.     

Experimental and Analytical Studies on Concrete Cylinders Wrapped with Fiber Reinforced Polymer

Fibre-reinforced polymers (FRPs) are being introduced into a wide variety of civil engineering applications. These materials have been found to be particularly attractive for applications involving the strengthening and rehabilitation of existing reinforced concrete structures. In this paper, experimental investigations and analytical studies on four series of the concrete cylinders wrapped with FRP are presented. First series consist of concrete cylinders wrapped with one layer carbon fiber reinforced polymer (CFRP), second series concrete cylinders wrapped with two layers CFRP, in third series, concrete cylinders were wrapped with one layer glass fiber reinforced polymer (GFRP) and the fourth series consist of concrete cylinders wrapped with two layers of GFRP.The results show that external confinement significantly improves the ultimate strength and ductility of the specimens.Coupon tests have also been carried out to determine the mechanical properties of the FRP. Further, review of three analytical models for confined concrete from the literature is presented in detail. The stress-strain curve of confined concrete in these models consists of a parabolic first portion and a straightline second portion. Predicted stress-strain curve of these models are compared with authors's experimental curves. In predicting the second portion of the stress-strain curve considerable deviation was observed. An analytical model is also proposed for determining the stress-strain relationship of confined concrete.The model is validated by comparing with experimental values. It is observed that the proposed model well predicts the ultimate axial strains and stresses and reproduce finely the stress-strain response of confined concrete with carbon or glass FRP.     

损伤方钢管混凝土框架加固后滞回性能试验与理论研究

为了研究损伤方钢管混凝土结构加固后的抗震性能,基于一榀三层两跨的损伤方钢管混凝土框架加固后的拟静力试验,分析了反复水平荷载作用下框架的滞回性能,并根据滞回曲线进一步得出了框架顶层骨架曲线及相应的恢复力模型,研究了钢管混凝土框架的延性、强度与刚度的退化等性能。采用非线性有限元分析方法,将恢复力模型应用到混凝土弹性模量退化方程中,并对试验进行了数值模拟。结果表明:理论分析结果与试验结果吻合较好。     

网格箍筋约束混凝土柱轴压受力性能试验研究

为研究使用网格箍筋强度不同、素混凝土轴心抗压强度不同的约束混凝土的轴压受力性能,完成了39个网格箍筋约束混凝土方柱的轴心受压试验。混凝土设计强度等级为C20、C30、C40、C50,箍筋分别选用HRB335、HRB400、HRB500、HRB600钢筋,体积配箍率范围为1.0%～2.2%。试验结果表明：约束混凝土压应力达到峰值时,受压试件的约束箍筋屈服;随着配箍特征值增大,网格箍筋约束混凝土峰值压应力和峰值压应变提高幅度增大,受压应力-应变曲线下降段变缓。根据试验结果,通过回归分析获得了网格箍筋约束混凝土峰值压应力、峰值压应变的计算公式;建立了相应的轴心受压应力-应变模型,与几种具有代表性的箍筋约束混凝土应力-应变模型的对比表明,建立的模型与试验结果吻合较好;提出了约束混凝土极限压应变计算方法。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压力学性能试验研究

通过31 根高强螺旋箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验,对该类型柱的破坏形态、应力-应变关系曲线等进行了研究,分析了箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式及截面尺寸对其性能的影响。结果表明：采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;体积配箍率对约束混凝土强度和延性提高程度的影响要明显大于箍筋强度,当ρ_v · f_yv相近时,高配箍率低强度箍筋试件的性能要好于低配箍率高强度箍筋试件;约束混凝土达到峰值强度时,高强箍筋并未屈服,其强度的富裕量可保证约束混凝土试件在达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能。在该文试验的基础上,结合国内外试验数据,通过回归分析提出了高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

Evaluating and proposing models of circular concrete columns confined with different FRP composites

Commonly used fiber-reinforced polymer (FRP) includes Carbon, Glass, and Aramid FRP composites. Meanwhile, some new FRPs such as PBO (Polypara-phenylene-Benzo-bis-Oxazole), PET (Polyethylene Terephthalate/Polyester), Dyneema, and Basalt have been gradually applied in recent years. Over the past 20 years, there has been extensive research on modeling of stress–strain response of confined concrete using the common types of FRP. In this study, most popular and recent models are investigated to evaluate their general practical application in predicting the response of FRP-confined concrete with strain-hardening performance without any restriction on the fiber used. The aim of the study is twofold. In case of different types of FRP composites, providing equivalent confinement modulus (lateral stiffness), five models are employed to find the FRP-confined concrete stress–strain relationship of three scale-model circular columns. Second ascending part (second stiffness) of the stress–strain relationship of FRP-confined concrete with strain-hardening performance is evaluated in the light of available database from the existing literature using these analytical models. The results showed that the examined models do not satisfy the fact that the slope of the second ascending branch of the stress–strain curve of FRP-confined concrete is independent of its types, provided the design confinement modulus is the same. A comparison of predicted values of the second stiffness with the collected test results of 257 cylinder specimens confined with the common types of FRP composites revealed the necessity for a more accurate model. Based on the discussion of the features and accuracy of these models, a model considering the effect of FRP lateral stiffness is proposed. Because of the variability observed in the test data, however, it appears impossible to develop simple empirical models based on the current database with less than approximately 27% mean absolute error for the second stiffness, and 16% mean absolute error for ultimate strength.