FRP网格约束混凝土圆柱的抗震性能

对纤维增强聚合物(FRP)网格约束混凝土圆柱进行了轴压荷载试验;给出了FRP网格侧向约束强度和侧向约束刚度计算公式及FRP网格约束混凝土圆柱的应力-应变关系模型确定方法.在此基础上,进一步完成了FRP网格加固钢筋混凝土圆柱在低周反复荷载作用下的试验,重点探讨了FRP网格加固用量及FRP网格中纵筋是否锚入柱底座对试件承载力和变形能力的影响.结果表明,FRP网格约束后混凝土圆柱的强度和延性有明显提高,约束后的应力-应变关系曲线有无软化段主要与FRP约束量有关,FRP网格加固能明显提高钢筋混凝土结构的承载力和延性等抗震性能.     

FRP约束混凝土圆柱应力-应变关系模型

近年来,已有不少纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,简称FRP)约束混凝土圆柱的应力-应变关系模型,然而有学者指出,现有模型较难得到预测误差分别小于14%和35%的抗压强度模型和极限应变模型,因此FRP混凝土圆柱应力-应变关系的极限状态(即抗压强度fcc'和极限应变εcc)尚未得到较准确地预测。本文建立在较大数据库(418个试验数据)基础上,回归得到精度较高的强度模型和极限应变模型,进而得出预测趋势较好的两段式应力-应变关系模型,通过与现有模型的比较,本文模型能够对不同尺寸和不同约束水平的FRP约束混凝土圆柱的强度、极限应变和应力-应变关系做出较满意的预测。     

考虑尺寸效应的FRP约束混凝土轴压圆柱的本构模型和变参数研究

在现有标准试件的FRP约束混凝土本构模型基础上,提出了考虑尺寸效应的FRP约束混凝土轴压圆柱的本构模型。应用该模型对国内外大量不同尺寸的FRP约束混凝土轴压圆柱试件进行计算,计算曲线与试验曲线比较,结果整体吻合良好。表明所提出的本构模型不仅能考虑尺寸效应的影响,还对不同材质的FRP约束混凝土具有较好适用性。最后应用所提出的本构模型进行变参数研究。研究表明,在约束应力相同时,随试件尺寸增大,FRP约束混凝土轴压圆柱极限应力和极限压应变均下降。其下降幅度,随混凝土强度减少而增加。即FRP约束普通混凝土的尺寸效应较FRP约束高强混凝土明显。另外,混凝土强度相同时,约束应力较大(强约束)的FRP约束混凝土的尺寸效应比约束应力较小(弱约束)的FRP约束混凝土小。     

FRP约束混凝土圆柱无软化段时的应力-应变关系研究

在国内外大量试验研究的基础上,比较分析了FRP、箍筋及钢管约束混凝土圆柱性能的差异。指出FRP约束混凝土圆柱的极限强度主要与FRP侧向约束强度、未约束混凝土强度及FRP形式等有关,并提出FRP约束圆柱后极限强度计算方法。指出已有的FRP约束混凝土圆柱极限应变计算方法误差均较大,本文提出新的极限应变计算方法:首先,发现FRP约束混凝土圆柱的极限泊松比趋向一恒定值,并建议了极限泊松比的计算公式,然后根据应变相容可确定FRP约束混凝土圆柱的极限应变。最后,建议了确定FRP约束混凝土圆柱无软化段时应力-应变关系的三折线模型,与已有的试验结果比较表明,模型简单且精度高,能适用于AFRP、GFRP、CFRP等不同类型及FRP管和FRP布等不同形式FRP约束的混凝土圆柱。     

FRP约束混凝土圆柱有软化段时的应力-应变关系研究

试验研究了不同数量、不同类型(高强度、高弹模、高延性)FRP约束混凝土圆柱的应力-应变关系,发现其应力-应变关系曲线可能有软化段也可能没有软化段。指出FRP约束混凝土圆柱的轴向最大应力主要与侧向约束强度或侧向约束刚度有关,而轴向极限应变除了与该两个参数有关外,还与FRP的轴向极限拉应变有关。基于试验及搜集到的数据,提出判断FRP约束混凝土圆柱有无软化段的侧向约束强度与混凝土强度比界限值。基于对FRP侧向约束刚度和强度、FRP轴向极限拉应变、混凝土强度及弹性模量等参数的分析,提出了FRP约束混凝土圆柱有软化段时的峰值应力、峰值应变、极限应力及极限应变计算公式。最后,建议了两个确定FRP约束混凝土圆柱有软化段时的应力-应变关系模型。与大量试验数据的比较表明,本文建议的公式和模型与试验结果均符合较好。     

单调轴压荷载下考虑尺寸效应的FRP加固混凝土圆柱应力-应变关系

为了研究尺寸效应对纤维增强复合材料（FRP）加固混凝土圆柱轴压性能的影响,在修正尺寸效应律公式的基础上,推导了反映尺寸效应的FRP加固混凝土圆柱的极限强度计算公式,提出了简化的应力 应变模型,并与收集到的各国试验结果进行了比较。研究结果表明:模型计算结果与试验结果吻合较好;该模型能够反映尺寸效应对极限强度的影响。     

FRP约束轴心受压混凝土性能的研究

本文对FRP约束混凝土圆柱和矩形柱的性能进行了较系统的研究.研究表明,FRP约束混凝土圆柱后的应力-应变关系曲线可能有软化段,也可能没有软化段.本文建议了FRP约束混凝土圆柱无软化段时极限强度、极限应变的计算公式及应力-应变关系三折线模型.提出了FRP约束圆柱体有软化段时峰值应力、峰值应变、极限应力和极限应变的计算方法及应力-应变关系模型.另外,分析了FRP约束混凝土矩形柱的特点,建议了FRP约束混凝土矩形柱转折点应力、应变、极限应力和极限应变的计算公式.     

空间曲面纤维网格制作及加固水下混凝土柱试验研究

平面纤维（FRP）网格以其卓越的性能在特定结构加固方面具有较好的应用优势,但其对小尺寸曲面、异形混凝土结构构件的约束加固并不适用。提出了空间曲面纤维网格制作工艺,制作了曲面纤维网格制品,测试了纤维网格拉伸的力学性能;提出了空间曲面纤维网格加固水下混凝土柱的施工工艺,并进行了轴压试验研究,试验结果表明：空间曲面纤维网格加固水下混凝土试件的轴压性能明显优于未加固混凝土圆柱试件,随着纤维网格纤维用量的增加,加固试件的承载能力和变形能力能有效提高,并取得和陆上试件相近的加固效果,根据纤维网格约束量的不同,水下加固试件的应力-应变曲线表现为软化、强化与临界行为,采用现有FRP约束混凝土模型能够较好地预测空间曲面纤维网格加固水下混凝土的极限应力与极限应变。     

FRP约束高温损伤混凝土轴压应力-应变设计型模型

为了探究高温损伤对纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土轴压应力-应变模型的影响规律,本文基于多个现有FRP约束常温未损伤混凝土轴压应力-应变设计型模型和已有试验数据,建立了FRP约束高温损伤混凝土应力-应变设计型模型。结果表明,基于TENG提出的模型,经修正比例系数和常温未约束混凝土的抗压强度而建立的设计型模型预测精度较好。     

ECC常规三轴受压力学性能试验研究

对5个不同水胶比的ECC圆柱体试件进行了常规三轴受压试验,测得了不同水胶比与不同围压下ECC试件的轴向应力-应变全曲线,主要分析了围压和水胶比对ECC受压性能的影响,研究结果表明:侧向围压约束了ECC的横向变形,在提高其极限抗压强度的同时,纵向变形能力有很大提高;水胶比较大的试件其横向变形较大,当处于高围压约束作用下,试件的应力-应变曲线未出现下降段。水胶比相同时,随着围压的增加,ECC的极限抗压强度与峰值应变均明显提高;围压相同时,水胶比增大,ECC极限抗压强度降低,但水胶比对峰值应变的影响则不太明显。根据试验结果得出了ECC的极限抗压强度、轴向峰值应变与侧向围压之间的关系,研究结果可为今后建立适合ECC的多轴本构模型提供基础依据。     

±60°缠绕的纤维复材管约束混凝土短柱轴压试验研究

目前对于纤维复材(FRP)管约束混凝土的研究主要集中于FRP管纤维缠绕角为±90°或接近±90°的情况,对于其他纤维缠绕角研究较少。通过对18个纤维缠绕角为±60°的FRP管约束混凝土短柱在单调荷载下的轴压试验,对FRP管约束混凝土短柱的破坏形态、应力-应变曲线和承载力进行了研究,分析了FRP管厚度、混凝土强度的影响。同时进行了6个纤维缠绕角为±80°(纤维缠绕方向接近环向即±90°)的FRP管约束混凝土短柱在单调荷载下的轴压试验,以对比研究±80°纤维缠绕角和±60°纤维缠绕角的影响。试验研究结果表明:FRP管约束混凝土短柱的破坏形态与FRP管纤维缠绕角有关;FRP管纤维缠绕角、FRP管厚度和混凝土强度是影响FRP管约束混凝土抗压强度的重要因素;FRP管约束混凝土的极限应变主要与混凝土强度等级有关,且极限应变随着FRP管厚度的增加而增大。     

FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型

为建立纤维增强复合材料(FRP)约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,分析了国内外305个轴心受压FRP约束混凝土圆柱试件的试验结果。分析表明,纤维特征值、FRP层合结构和加载方式是影响FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系的3个主要因素。通过分析试验结果和已有的模型,提出了一个考虑上述3个因素的改进的FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,该模型包括强化型和软化型两种类型。比较表明,该模型与试验结果的符合程度好于已有模型。     

新型大断裂应变FRP约束混凝土圆柱的轴压性能

对新型大断裂应变FRP约束混凝土圆柱的轴压性能进行变参数的应力-应变全曲线研究,研究参数有FRP种类、包裹层数、非约束混凝土强度等。新型大断裂应变FRP约束混凝土的轴压性能与CFRP约束混凝土、GFRP约束混凝土、AFRP约束混凝土的轴压性能相比较,比较发现新型大断裂应变FRP约束混凝土轴压性能优于一般FRP约束混凝土。     

CFRP约束圆形混凝土柱尺寸效应试验研究

目前的纤维增强复合材料(简称FRP)约束混凝土柱的强度、极限应变和应力应变关系等模型,基本都是在小尺寸柱(φ150 mm×300 mm)试验数据基础上建立的。由小尺寸柱试验基础上建立的模型是否适用于工程中常见的大尺寸柱,即FRP约束混凝土柱轴压力学性能是否存在尺寸效应,是非常重要的问题。本文对不同尺寸的碳纤维增强复合材料(简称CFRP)约束圆形混凝土柱的轴压性能进行试验研究,确定是否存在尺寸效应。试验结果表明,CFRP约束圆柱的轴压行为不存在尺寸效应。     

CFRP约束混凝土圆柱轴心受压力学性能分析

采用基于非相关联流动法则的混凝土Drucker-Prager模型,对碳纤维增强复合材料(CFRP)约束混凝土圆柱的轴压受力性能进行了非线性有限元计算,分析了CFRP厚度、CFRP缠绕角度和混凝土强度3种因素对柱轴压力学性能的影响。结果表明:采用非相关联流动法则计算得到的数值结果与试验结果吻合良好;随CFRP厚度增加,柱的极限压应力和压应变均增大;CFRP环向缠绕比成角度缠绕的混凝土柱能获得更大的极限压应力;混凝土强度越低,CFRP的约束效率越高。     

高轴压比CFRP约束钢筋混凝土圆柱抗震性能试验与有限元分析

为研究高轴压比下FRP约束钢筋混凝土圆柱的抗震性能,对6根碳纤维约束钢筋混凝土圆柱及2根对比柱进行伪静力试验。结果表明:塑性铰区包裹碳纤维可显著改善高轴压比柱的抗震性能,轴压比较高时不应忽略箍筋对核心混凝土的约束贡献。基于OpenSees中的纤维模型,对柱水平力-位移滞回曲线进行有限元模拟。轴压比小于0.45时,数值模拟与试验结果吻合较好;轴压比大于0.45时,考虑核心混凝土受箍筋及FRP双重约束的计算结果与试验结果更为接近。分析轴压比、FRP包裹长度等参数对约束柱抗震性能的影响,轴压比大于0.6时,FRP约束混凝土圆柱的水平承载力开始降低;FRP在塑性铰区的包裹长度为1.2倍柱直径时,可达到与全柱包裹相当的效果。     

预测FRP约束混凝土轴压强度的新模型

国内外许多学者根据FRP材料强度计算的约束强度和约束比,提出了不同形式的预测圆截面FRP约束混凝土强度的模型,其结果彼此存在较大差异.本文在分析了大量试验资料后认为试件破坏瞬时FRP产生的有效约束应力与上述约束强度存在不同程度的差距,导致现有模型未能正确体现FRP的约束效应.鉴于FRP强约束混凝土竖向应力超过核心混凝土强度后,它与环向缠绕FRP的拉应变(应力) 间存在良好的线性关系,提出了适用于外包FRP方式,约束刚度比βj在10～150范围内,用约束刚度比βj来预测约束混凝土轴压应力和强度的新模型,以便在给定FRP容许拉应变条件下正确估计FRP约束混凝土实际应力和安全储备.     

预测FRP约束混凝土轴压强度的新模型

国内外许多学者根据FRP材料强度计算的约束强度和约束比,提出了不同形式的预测圆截面FRP约束混凝土强度的模型,其结果彼此存在较大差异.本文在分析了大量试验资料后认为试件破坏瞬时FRP产生的有效约束应力与上述约束强度存在不同程度的差距,导致现有模型未能正确体现FRP的约束效应.鉴于FRP强约束混凝土竖向应力超过核心混凝土强度后,它与环向缠绕FRP的拉应变(应力) 间存在良好的线性关系,提出了适用于外包FRP方式,约束刚度比βj在10～150范围内,用约束刚度比βj来预测约束混凝土轴压应力和强度的新模型,以便在给定FRP容许拉应变条件下正确估计FRP约束混凝土实际应力和安全储备.     

基于非接触式观测技术的FRP/ECC复合材料#br# 反复受拉本构关系模型

考虑不同种类的纤维复合材料（FRP）格栅、格栅层数及加卸载循环方式,采用非接触式观测技术（DIC）和传统应变片测量方法,对FRP格栅与ECC复合材料试件进行了单轴反复拉伸试验,研究复合材料的轴向抗拉力学性能,验证DIC非接触式观测技术的有效性。在试验结果的基础上,提出了FRP/ECC复合材料反复受拉本构关系模型。试验结果表明,玄武岩（BFRP）格栅/ECC能充分地发挥纤维格栅的材料性能和ECC基体的高延伸性和多点开裂特性,显著提高ECC基体的极限抗拉强度。不同循环加载方式对FRP/ECC复合材料试件的加卸载路径有显著影响,但对其极限应力/应变的影响较小。BFRP/ECC复合材料的变形恢复能力要优于CFRP/ECC复合材料的变形恢复能力。DIC非接触式观测技术能有效地捕捉到试件的开裂,观测裂缝的萌生、发展过程,获得破坏形态,获得应力-应变全曲线。计算结果表明,建议的应力-应变关系模型与试验结果吻合较好,可以有效地预测FRP/ECC复合材料的反复受拉本构关系。     

基于非接触式观测技术的FRP/ECC复合材料反复受拉本构关系模型

考虑不同种类的纤维复合材料(FRP)格栅、格栅层数及加卸载循环方式,采用非接触式观测技术(DIC)和传统应变片测量方法,对FRP格栅与ECC复合材料试件进行了单轴反复拉伸试验,研究复合材料的轴向抗拉力学性能,验证DIC非接触式观测技术的有效性。在试验结果的基础上,提出了FRP/ECC复合材料反复受拉本构关系模型。试验结果表明,玄武岩(BFRP)格栅/ECC能充分地发挥纤维格栅的材料性能和ECC基体的高延伸性和多点开裂特性,显著提高ECC基体的极限抗拉强度。不同循环加载方式对FRP/ECC复合材料试件的加卸载路径有显著影响,但对其极限应力/应变的影响较小。BFRP/ECC复合材料的变形恢复能力要优于CFRP/ECC复合材料的变形恢复能力。DIC非接触式观测技术能有效地捕捉到试件的开裂,观测裂缝的萌生、发展过程,获得破坏形态,获得应力-应变全曲线。计算结果表明,建议的应力-应变关系模型与试验结果吻合较好,可以有效地预测FRP/ECC复合材料的反复受拉本构关系。