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。     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压本构关系研究

约束混凝土是克服高强混凝土脆性的重要措施,采用高强箍筋约束能够有效的改善受压构件的力学性能。同时,约束混凝土的本构关系是结构非线性分析的基础,本构关系的选取对计算结果的合理性有显著影响。该文基于多组高强箍筋约束高强混凝土轴压试验数据,提出了改进的约束混凝土本构模型,分析了高强箍筋应力的发挥水平,给出了约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式。计算结果表明建议的本构模型与试验曲线符合较好。该模型可用于高强箍筋约束混凝土构件的非线性分析。     

高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土受压本构模型

为将新型复合材料“高强不锈钢绞线网/ECC约束素混凝土”用于实际工程结构,基于高强不锈钢绞线网/ECC约束高强混凝土(简称HSME约束高强混凝土)复合材料轴心受压试验结果,分析ECC强度、核心混凝土强度以及横向钢绞线体积配网率等对其受压性能的影响规律。试验结果表明：HSME能够有效约束核心混凝土轴心受压,破坏模式具有明显的延性性能,根据试验数据绘出HSME约束高强混凝土复合材料受压应力-应变曲线,可以分为三个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。根据各阶段曲线的数学特征,建立HSME约束高强混凝土复合材料受压本构关系的全过程模型表达式。引入ECC特征值和横向钢绞线特征值,对本构模型的各参数进行分析,提出HSME约束高强混凝土复合材料的开裂压应变、峰值应力、峰值压应变和极限压应变等参数的表达式。将各参数代入所建立的受压本构关系绘出其应力-应变曲线,模型结果与试验所得应力-应变曲线吻合良好,开裂压应变与极限压应变的计算值与试验值对比范围分别为0.949～1.068和0.938～1.039。表明所提出的受压本构模型能够较好地反映HSME约束高强混凝土复合材料的应力-应变关系。     

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。     

火灾后碳纤维布约束混凝土棱柱体受力性能试验研究及分析

目前,火灾后CFRP约束混凝土棱柱体应力-应变关系模型尚未发现,给混凝土受压构件火灾后碳纤维布加固力学性能的研究带来了极大的不便。该文综合考虑多种影响因素,对火灾后CFRP约束混凝土棱柱体应力-应变关系进行了试验研究。试验结果表明,火灾后CFRP约束混凝土棱柱体能大幅提高其强度;火灾后CFRP约束混凝土棱柱体在曾达最高温度,转角半径、CFRP用量相同的情况下,布幅宽因素对其特征参数和应力-应变全曲线的影响较小;温度因素、用量因素以及转角半径因素对火灾后CFRP约束混凝土棱柱体的特征参数均有不同程度的影响。根据试验结果提出的火灾后CFRP约束混凝土棱柱体的应力-应变关系模型与试验曲线大致吻合,具有较好的精度,为混凝土结构火灾后加固的精确计算奠定了可靠的基础。     

钢管混凝土短柱力学性能研究—理论分析

根据国内外进行的不同围压下不同混凝土强度等级(C20~C130)三轴试验研究,建立了混凝土三轴强度准则、峰值应变准则和应力-应变全曲线,并且与混凝土单轴受压强度、峰值应变、应力-应变全曲线相协调。基于给定的混凝土和钢材三轴本构模型及相应假定的混凝土和钢材泊松比,应用连续介质力学对钢管混凝土短柱进行弹塑性分析,建立了钢管混凝土组合材料的组合弹性模量理论计算公式和应力-应变关系全曲线的理论表达式,其计算结果与试验结果吻合良好。研究成果可供钢管混凝土柱的非线性有限元全过程分析参考。     

高性能PVA 纤维增强水泥基复合材料常规三轴受压本构模型

对PVA 纤维体积率从0%~2%的高性能水泥基复合材料(HPFRCC)圆柱体试件进行了6 种不同围压下的常规三轴受压试验,研究其三轴受压性能,测得了极限抗压强度、峰值应变、极限应变以及应力-应变曲线。根据试验结果得出HPFRCC 的极限抗压强度、峰值应变以及极限应变与侧向围压之间的关系。基于实测圆柱体应力-应变曲线的特点,提出了HPFRCC材料常规三轴受压本构模型。计算结果与试验数据的对比表明,根据该文模型所得的计算曲线与试验曲线吻合较好,研究成果可为HPFRCC结构非线性有限元分析提供依据。     

纤维增韧轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

为探究纤维增韧后轻骨料混凝土应力-应变全曲线,完成了不同混凝土强度等级、纤维种类及掺量下的9组棱柱体单轴受压试验,分析了破坏过程和破坏特征,系统研究了各因素对峰值应力、峰值应变和弹性模量的影响,并结合已有研究给出了各曲线特征点计算模型,考虑纤维轻骨料混凝土自身特征,建立了分段式纤维轻骨料混凝土应力-应变全曲线模型。研究表明：轻骨料混凝土破坏特征与普通混凝土显著不同,掺入纤维有效抑制了其内部微裂缝的开展,起到阻裂、增韧的效果,且随混凝土强度等级、纤维种类及掺量变化差异明显;纤维增韧后试件的应力-应变曲线下降段坡度趋于平缓,脆性得到有效改善;建议的应力-应变全曲线模型与试验结果吻合良好,能够准确描述纤维增韧轻骨料混凝土在单轴受压作用下的受力变形特征。     

箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验研究

完成了12根不同配箍形式和体积配箍率的箍筋约束高强轻骨料混凝土柱轴压性能试验,系统地研究了构件的破坏过程与破坏形态、应力-应变曲线及箍筋应变等;重点分析了不同配箍率和配箍形式对构件承载力和延性的影响;建立了适用于该类轴压柱峰值应力（f'_cc）和相应峰值应变（ε_cc）的计算模型,并引入Richart、Mander、Razvi和Saatcioglu、Khaloo和El-Dash等经典模型对比分析建议模型的准确性。研究表明：峰值荷载过后,约束柱保护层整体被切掉后剥落,内部骨料和骨料与砂浆界面均出现少许裂缝,与普通混凝土构件存在显著差异,但应力-应变曲线发展规律与普通混凝土类似;最终破坏以箍筋屈服、相邻箍筋间核心区混凝土压碎破坏为标志,表面形成“H”形或45°斜向破坏面;同时,增大体积配箍率和改善箍筋形式分别能够提高核心区混凝土的侧向约束力和增大约束面积,“井”字形复合配箍可满足承载力和延性需求;结合配箍特征值（λ_t）和配箍形式影响参数（k）建立模型的计算结果与试验值吻合良好,能够准确、合理地预测该类构件的峰值应力和相应峰值应变。     

混凝土变参数等效应变损伤模型

根据混凝土4种不同受力状态下应力-应变曲线的试验数据,建立了以等效应变作为参变量的变四参数等效应变损伤模型.该模型可以较好地描述复杂空间应力状态下混凝土的损伤本构关系,运用该模型计算得到的4种不同受力状态下的全过程应力-应变曲线与试验结果具有较好的一致性.     

CFRP-钢管砼轴压短柱受力性能分析

以试验为基础,对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行了分析。首先按不同阶段分析了该类构件的作用机理,然后给出了混凝土、钢管以及CFRP筒的应力途径。以此为依据,确定了该类构件典型的应力-应变曲线,并将其划分为若干阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段以及下降段;与钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线相比,CFRP钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线的最大特点是在达到极限承载力之后,都要经历一个下降段。探讨了该类构件承载力的简化计算方法,并建议采用极限平衡法求解。     

ECC单轴受拉损伤本构模型研究EI北大核心CSCD

通过单轴拉伸试验,讨论了PVA纤维体积掺入量和水胶比对工程用水泥基复合材料(ECC)受拉力学性能参数(开裂应变、开裂应力、峰值应变、峰值应力、极限应变以及应力-应变关系曲线)的影响规律。基于此,从损伤力学的角度讨论了ECC在单轴受拉过程的开裂前阶段、应变硬化阶段以及应变软化阶段的损伤演化机制。进而,基于ECC受拉损伤演化机制提出ECC受拉损伤本构模型,并给出模型相关参数的计算方法,分析表明:该文提出损伤模型得到的ECC受拉损伤演化曲线能更为合理的描述ECC的损伤演化全过程。最后,该文损伤模型计算的ECC受拉应力-应变关系曲线和试验曲线对比结果表明,所提出的模型能够合理的描述ECC受拉非线性应力-应变关系特征,且具有良好的精度。     

圆铝合金管混凝土短柱轴心受压承载力研究

开展了6根圆铝合金管混凝土(简称"CFACT")短柱的轴心受压承载力试验,套箍系数为0.57～1.26.分析了试件的破坏形态、轴压荷载-轴向应变曲线、截面横向变形系数、峰值荷载和延性.试验结果表明:CFACT轴压短柱发生鼓曲破坏或斜向剪切破坏;其表现出良好的组合效应,具有较高的承载能力与延性.利用ABAQUS有限元软件...     

Stress-strain behavior of concrete columns confined with hybrid composite materials

A new type of concrete columns was developed at the University of Alabama in Huntsville for new construction to achieve more durable and economical structures. The columns are made of concrete cores encased in a PVC tube reinforced with fiber reinforced polymer (FRP). The PVC tubes are externally reinforced with continuous impregnated fibers in the form of hoops at different spacings. The PVC acts as formwork and a protective jacket, while the FRP hoops provide confinement to the concrete so that the ultimate compressive strength and ductility of concrete columns can be significantly increased. The volume of fibers used in this hybrid column system is very modest compared to other existing confinement methods such as FRP tubes and FRP jackets. This paper discusses the stress-strain behavior of these new composite concrete cylinders under axial compression loading. Test variables include the type of fiber, volume of fiber, and the spacing between the FRP hoops. A theoretical analysis was performed to predict the ultimate strength, failure strain and the entire stress-strain curve of concrete confined with PVC-FRP tubes. Test results show that the external confinement of concrete columns by PVC-FRP tubes results in enhancing compressive strength, ductility and energy absorption capacity. A comparison between experimental and analytical results indicates that the models provide satisfactory predictions of ultimate compressive strength, failure strain and stress-strain response.     

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.     

圆钢管自应力钢渣增强混凝土柱的受力机制及承载力计算

为研究圆钢管自应力钢渣增强混凝土(钢渣/混凝土@圆钢管)柱的受力机制，设计了8根钢渣/混凝土@圆钢管柱进行轴心受压加载试验，其中短柱试件6个，中长柱试件2个。试验考虑钢渣/混凝土膨胀率、径厚比和长径比共3个变化参数。观察试件的受力破坏全过程，获取应力-应变曲线、峰值应力等重要参数，分析各变化参数对钢渣/混凝土@圆钢管轴压柱受力性能的影响。结果表明:钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱的破坏形态表现为中部鼓曲状剪压破坏，而钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱则呈弯曲屈曲破坏；各试件受力破坏全过程曲线均经历峰值点、下降段、缓慢上升段等历程，与普通钢渣/混凝土相比，各试件的峰值应变和峰值应力明显提高，且钢渣/混凝土@圆钢管轴压短柱试件较钢渣/混凝土@圆钢管轴压中长柱试件提高更为显著。根据极限平衡条件和全过程分析，提出钢渣/混凝土@圆钢管柱承载力计算公式。在试验研究基础上，建立钢渣/混凝土@圆钢管柱的应力-应变关系模型，理论计算结果与试验实测数据吻合较好。研究成果可为钢渣/混凝土@圆钢管柱的进一步研究和工程应用提供参考。      

钢管混凝土短柱力学性能研究—实用计算方法

通过对国内外233个钢管混凝土短柱的有效试验结果的重分析,进一步论证了套箍指标是影响钢管混凝土短柱极限承载力的综合因素,建立了钢管混凝土短柱极限承载力、峰值应变和平台强度等实用计算公式和钢管混凝土短柱组合材料应力-应变全曲线实用计算公式,混凝土强度等级适用范围为C20~C110,其计算结果与试验结果吻合良好.研究成果可供钢管混凝土柱的非线性有限元全过程分析参考.     

新型碳纤维增强复合材料-钢复合管海水海砂混凝土圆柱轴压试验

为研究原状海水海砂混凝土在复合管混凝土中的应用可行性,提出一种新型由内外壁纤维增强复合材料(FRP)和夹心钢管复合的碳纤维增强复合材料(CFRP)-钢复合管海水海砂混凝土柱结构。对12个新型CFRP-钢复合管海水海砂混凝土圆柱试件进行了轴压试验,研究了CFRP层数和核心混凝土强度等级变化对其轴压性能的影响。试验结果表明,内外壁CFRP的包裹能够有效地提高结构承载力和变形能力;CFRP-钢复合管海水海砂普通混凝土圆柱破坏形态为混凝土压溃,而CFRP-钢复合管海水海砂高强混凝土圆柱破坏形态为剪切破坏;结构的极限应力与CFRP层数、混凝土强度呈正相关,而极限应变随着CFRP层数增加而提高,却随着混凝土强度提高而减小;核心混凝土和钢管对极限应力的贡献随着CFRP层数增加基本不变,且当包裹两层及以上CFRP时,CFRP对试件极限应力的贡献占主导地位。