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.     

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。     

基于长短期记忆网络的FRP约束混凝土圆柱循环轴压应力-应变预测模型

纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer, FRP)已被广泛应用于既有混凝土结构的加固改造和新建结构中。FRP约束混凝土柱在地震作用下通常会受到轴压的往复循环作用,研究FRP约束混凝土在循环轴压作用下的应力-应变特性对于FRP在实际工程中的应用具有重要意义。该文提出了一种用于建模循环轴压下FRP约束混凝土柱应力-应变特性的神经网络预测模型,该模型采用长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)单元对循环应力-应变曲线中的滞回特性进行建模,构件的物理参数被有效地集成在网络的输入中。该模型能以端到端的方式进行高效的训练且不依赖任何专家经验。制作了一个包含166个FRP约束普通混凝土柱的循环轴压数据库,在该数据库上对模型的准确性和鲁棒性进行了充分的评估,结果表明测试集平均预测误差仅为0.32 MPa。此外,对网络结构和超参数的影响进行了详细的讨论,结果表明该模型具有出色的预测性能。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心受拉应力-应变关系研究

既有研究表明,在混凝土基体中同时加入钢(S)纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维,形成S-PVA混杂纤维混凝土,可以显著提升混凝土的综合性能。在此基础上,依据钢纤维、PVA纤维长度和掺量的不同,设计了17组试验组,完成了单轴受力全过程试验。根据试验结果,定量分析了钢纤维、PVA纤维对于改善混凝土弹性模量、材料韧性、抗拉抗压强度及其峰值应变的影响;提出了实用的S-PVA混杂纤维混凝土单轴受拉和受压应力-应变曲线数学表达式。提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为混杂纤维混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础。     

钢骨约束混凝土的约束机制及其应力-应变模型建立

目前,钢骨混凝土（SRC）柱的试验结果与数值分析结果之间多无法良好吻合;究其原因,在于缺乏对钢骨约束混凝土的约束机制认识及与之相应的钢骨约束混凝土模型的建立。为此,该文在以往钢骨约束混凝土试验基础上,深入研究了带翼缘十字形钢骨对混凝土的约束机制,提出了钢骨对混凝土产生的实际侧向约束应力的简化分布形式,并以此将钢骨约束混凝土划分为钢骨强约束混凝土、钢骨弱约束混凝土和钢骨无约束混凝土。同时,通过计算有效侧向约束应力,确定了各钢骨约束区域可表征钢骨约束作用强弱的混凝土强度提高系数;借鉴经典的Mander模型,通过修正模型关键参数方法以建立各钢骨约束区域混凝土的应力-应变模型。引入该应力-应变模型的有限元分析和试验对比结果表明,该文所提出的钢骨约束混凝土的约束机制和所建立的钢骨约束混凝土应力-应变模型是合理且有效的。     

碳纤维套箍约束混凝土的应力--应变关系

介绍了72根碳纤维套箍约束的混凝土圆柱体的轴压试验结果。试验参数包括素混凝土强度、套箍厚度与材料类型。在对试验结果分析的基础上,提出了一个经改进的高强组合材料约束混凝土的本构模型,并对模型的参数进行了分析。     

再生粗骨料混凝土应力-应变关系

再生粗骨料混凝土应力-应变关系是实现其材料到结构力学分析的桥梁纽带,成为再生粗骨料混凝土结构基础理论的基石。介绍了作者团队多年来在再生粗骨料混凝土应力-应变关系方面取得的研究进展：采用模型化再生粗骨料方法,研究了复杂界面过渡区对再生粗骨料混凝土破坏行为的影响,揭示了再生粗骨料混凝土细观损伤本质与演化机理;从静力作用到动力作用,系统地开展了不同工况下再生粗骨料混凝土应力-应变行为试验研究,探明了载荷条件对再生粗骨料混凝土应力与变形的影响规律并建立了相适应的力学与数学模型;进一步考虑再生粗骨料性能时空变异性,发现了再生粗骨料混凝土力学响应的概率分布特征,提出了再生粗骨料混凝土随机损伤本构关系;基于获得的本构模型,完成了再生粗骨料混凝土构件时变可靠度分析和结构动力非线性分析,为再生粗骨料混凝土在实际工程中的安全应用提供了理论支撑;提炼了相关研究结论并对未来研究工作进行了展望。     

FRP加固轴心受压木柱应力-应变模型

在Tsai-Wu强度准则的基础上,建立了三向受压木柱的屈服准则及随后的屈服面发展方程。根据内力平衡和应变相容的原理,提出了FRP加固木柱轴心受压时的增量应力-应变关系模型。提供了12根CFRP和GFRP环向加固木柱的轴心抗压性能试验数据。计算结果和试验数据比较表明,在达到加固木柱极限抗压强度之前两类结果吻合较好,而之后计算结果明显偏高。试件的工作机理表明,在达到加固木柱极限抗压强度时,环向受拉FRP中的应变很小,远小于其极限抗拉应变。此外,提出了加固木柱与极限抗压强度相对应的环向应变计算公式,并将之用于计算模型程序运算的结束条件。根据Bazan-Buchanan准则,将加固木柱极限抗压强度之后的σ1-ε1曲线简化为下降的直线,与试验结果吻合较好。提出模型可用于进行工程分析和设计。     

FRP约束混凝土关键问题综述

本文从国内外文献中选取了29个纤维布(FRP)约束混凝土峰值应力模型和19个峰值应变模型,并依据诸多同行研究结果中的相关实测数据,对上述模型的精度进行了验证。结果表明,这些模型对强约束构件的预测精度不足,在此基础上,我们通过分段拟合得到了精度较优且较为简洁的峰值应力及应变模型。同时,基于文献数据,我们对影响环向约束力的FRP弹性模量及撕裂应变这两个因素进行了探讨。我们认为：(1)相较于低弹性模量,高弹性模量FRP可延缓混凝土损伤,进而提高核心区混凝土的力学性能;(2)导致FRP撕裂应变降低的原因包括施工扰动、受力差异及材质非均质性;(3)对于碳纤维增强复合材料(CFRP)、玻璃纤维增强复合材料(GFRP)和芳纶纤维增强复合材料(AFRG),撕裂应变有效系数分别取0.723、0.774和0.774。本文旨在为FRP约束拓展运用提供参考。     

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.     

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。     

钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土单轴受力应力-应变曲线研究

既有研究表明,在混凝土基体中同时加入钢(S)纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维,形成S-PVA混杂纤维混凝土,可以显著提升混凝土的综合性能。在此基础上,依据钢纤维、PVA纤维长度和掺量的不同,设计了17组试验组,完成了单轴受力全过程试验。根据试验结果,定量分析了钢纤维、PVA纤维对于改善混凝土弹性模量、材料韧性、抗拉抗压强度及其峰值应变的影响;提出了实用的S-PVA混杂纤维混凝土单轴受拉和受压应力-应变曲线数学表达式。提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为混杂纤维混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础。     

增强纤维约束混凝土柱应力-应变模型RBFNN改进计算方法

为提高增强纤维约束混凝土柱应力-应变模型中特征点(峰值应力、应变)的计算精度,针对已有文献资料提出的特征点近似计算公式的不足,引入径向基函数,以混凝土轴心抗压强度、FRP抗拉强度、FRP环向约束体积比、拐角半径与截面短边比值及截面长宽比为输入参数,峰值应力比、峰值应变比为输出参数,建立特征点的径向基网络模型.模型计算结...     

基于基因表达式编程的FRP约束混凝土极限轴向应变预测

纤维增强树脂复合材料(FRP)以其质量轻、强度高、耐腐蚀和施工方便等优势被广泛应用于混凝土结构性能提升和受损构件加固中。FRP约束混凝土的极限条件是选择FRP种类、选择FRP厚度及确定包裹层数等必须要考虑的因素,现有极限应力模型的预测结果能够较好反地映真实情况,而现有极限轴向应变模型的预测精度偏低,故本文对极限轴向应变进行了研究。由于影响FRP约束混凝土极限轴向应变的因素较多,许多研究人员提出的模型在输入参数的选择上存在较大差异,故本文在通过基因表达式编程建立极限轴向应变模型的同时还探讨了不同输入形式对模型预测精度的影响。采用决定系数及平均绝对误差等5种统计指标对模型预测结果进行评价,并将其与现有模型进行对比分析。研究结果表明:原始数据和新数据组合的输入形式对应的模型具有最高的预测精度,因此在模型输入参数的选择上不能仅考虑原始数据或者新数据;与其他研究人员所提模型相比,本文所提模型预测精度更高,其决定系数为0.893,平均绝对误差等指标均在0.35以下。      

传感器测试FRP约束混凝土轴压短柱的核心区应力

提出了一种使用水泥基压电陶瓷传感器测试混凝土轴压短柱应力的新方法。将压电传感器埋入混凝土矩形短柱核心区,测试了纤维增强复合材料约束前后混凝土短柱的轴向动态疲劳载荷,建立了传感器输出信号与混凝土短柱核心区应力之间的数值模型,并将理论计算应力值与由模型推导出的应力值进行对比。结果表明:模型推导应力值与理论计算应力值基本吻合,验证了使用压电传感器测试动态载荷作用下混凝土短柱应力这一新方法的可行性。     

碳纤维混凝土应力-应变曲线试验研究

为了进一步研究碳纤维混凝土的应力-应变曲线,在已有试验的基础上,该文对碳纤维混凝土应力-应变曲线采用分段式。通过9组不同碳纤维掺量的混凝土试件轴心压缩试验,建立不同掺量应力-应变曲线的数学表达式,确定相应的计算参数与碳纤维体积率的关系式。试验结果表明：曲线系数随着碳纤维掺量的增加而增加。根据试验研究与理论分析,建立了峰值应变与抗压强度、碳纤维掺量的计算式,将峰值应变的计算值与试验值进行了对比分析,其吻合度较好。     

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.     

钢渣粗骨料混凝土单轴受压应力-应变关系试验研究

为探究钢渣粗骨料混凝土稳定性及其应力-应变关系全曲线,该文对包头某钢铁公司的钢渣粗骨料进行了浸水膨胀率试验及压蒸粉化率试验并测其f-CaO含量;完成了6组不同钢渣替代率下的立方体抗压试验及棱柱体单轴受压试验,分析其破坏形态及受力变形特征,建立钢渣粗骨料混凝土本构关系模型。研究表明:该文所选钢渣的f-CaO含量、浸水膨胀率、压蒸粉化率均符合现行规范规定,稳定性良好;钢渣粗骨料混凝土单轴抗压强度随钢渣掺量的增加而提高,并高于普通混凝土抗压强度,破坏呈现的脆性特征也更为显著;钢渣粗骨料混凝土棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值相较于普通混凝土更高。根据过镇海本构模型及Wee模型,并引入钢渣粗骨料含量的修正系数,对钢渣粗骨料混凝土应力-应变关系采用分段式表达。该文提出应力-应变模型与试验结果拟合程度较好,可以更加全面的描述钢渣粗骨料混凝土的单轴受压力学行为。     

基于微平面弹塑性应力-应变关系的混凝土本构模型

在B.P. Bazant等人提出的混凝土微平面本构模型M2的基础上,将微平面上的应力分解为体、偏、剪三个分量,根据各个分量的物理意义定义了相应的应力-应变关系函数,即理想弹塑性函数。引入了破断应变的概念,当微平面应变达到破断应变后应力减为零。介绍了模型参数的确定方法。最后通过三个算例初步验证了本文所建议模型的合理性和正确性。     

重组竹轴向应力-应变关系模型

以重组竹为对象,对重组竹的轴向拉伸与压缩应力-应变关系进行研究。通过单向轴向拉伸与压缩试验,研究了重组竹的破坏形态与应力-应变关系特征。试验结果表明：重组竹拉伸的破坏模式表现为脆性拉断,受压破坏模式表现为压屈破坏、剪压破坏和楔形劈裂破坏;重组竹轴向拉伸的应力-应变关系呈线性变化,其受压应力-应变曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段和平台阶段3个阶段。对于重组竹轴向受拉应力-应变关系,建议了线弹性关系模型;对于重组竹轴向受压应力-应变关系,建议了三折线模型、通用函数模型、指数函数模型3个模型,其皆能描述重组竹轴向受压时应力-应变曲线的三个阶段。各个模型的计算结果与试验结果总体吻合度均较好。