多因素影响下FRP约束混凝土柱FRP有效极限拉应变研究进展

FRP侧向约束作用使混凝土柱处于三向受压状态,可提高混凝土柱的抗压强度和延性。FRP有效极限拉应变是确定FRP侧向约束力的关键参数,对FRP约束混凝土轴压峰值应力和峰值应变计算模型、应力-应变模型的建立至关重要,其影响因素众多。目前国内外研究者在FRP有效极限拉应变取值方面取得了一些有价值的研究成果,但得到的FRP有效应变系数离散性较大,考虑的影响因素不全面。基于现有研究成果,对FRP有效极限拉应变的影响因素进行了系统分析,指出了当前FRP有效极限拉应变研究存在的不足和未来需深入研究的方向。     

FRP加固圆形混凝土桥柱的轴压强度模型研究

在对纤维增强材料(FRP)布约束混凝土柱破坏过程简化假设的基础上,根据弹性体体积应变理论推导出FRP布约束圆形轴压混凝土柱的强度模型,并与已公开发表的实验数据进行比较。分析结果表明,本文推荐的强度模型理论分析过程简单,其结果可以较好地适用于圆形混凝土轴压(桥)柱的加固设计,也为进一步研究FRP约束圆形混凝土(桥)柱的力学性能和承载力提供了条件。     

复合材料管-钢管约束混凝土组合柱的轴压性能

通过纤维增强复合材料(FRP)管-钢管约束混凝土组合柱的轴压试验,分析组合柱的受力特点、破坏形态、本构关系和承载力。结果表明:在荷载作用初期,FRP管的约束作用较小;在荷载作用后期,FRP管的环向应力增长较快,故以FRP管的环向断裂作为承载力极限状态指标。将现有理论计算模型与试验所得受约束混凝土的应力-应变关系进行对比,发现空心构件极限应变的理论计算误差较大,而实心构件吻合较好。最后提出了一种可用于确定实心组合柱极限承载力的简化计算方法,理论计算结果与试验值符合较好。     

钢筋混凝土矩形空心墩柱的FRP约束效应研究

为了正确评价纤维增强复合材料(FRP)约束效应对钢筋混凝土(RC)空心墩柱受力性能的影响,首先采用有限元数值模拟方法,对FRP类型、厚度、幅宽和间距参数影响下约束RC矩形空心柱的轴压荷载、约束混凝土压应变、箍筋和FRP拉应变的变化规律进行研究。基于模拟结果,提出一种考虑FRP布环箍和箍筋共同约束效应的侧向约束压力计算公式,进而建立FRP约束混凝土压应力-应变模型。进一步应用提出的FRP约束混凝土模型评价FRP加固矩形空心桥墩的受力性能,并与试验结果对比,两者吻合较好。     

RC桥墩的FRP延性加固设计方法研究

为了制定经济合理的钢筋混凝土(RC)墩柱的纤维增强复合材料(FRP)抗震延性快速加固方案,提出了基于目标位移延性系数提高指标的FRP抗震延性加固设计方法,并建立了加固墩柱宏观力学性能参数(位移、延性系数)与材料性能参数(FRP约束混凝土极限压应变、FRP配箍率、FRP有效极限抗拉强度、FRP有效极限拉应变)之间的力学计算模型。进一步应用所提出的计算模型,结合有限元数值模拟技术,得到FRP约束圆形和矩形墩柱受力性能的分析结果,并与试验结果进行对比。结果表明,提出的FRP延性加固设计方法可较正确地计算加固RC墩柱的受力性能、FRP片材配箍率或加固厚度,并验证了考虑箍筋和FRP共同约束作用的Seible FRP约束混凝土极限压应变计算模型的合理性。     

增强纤维约束混凝土柱承载力计算方法对比

在增强纤维复合材料(FRP)约束钢筋混凝土柱理论与试验研究的基础上,探讨了混凝土强度、截面形式、倒角半径、FRP环向约束体积比、FRP有效拉应变等因素对FRP约束效应的影响。评述了国内外有关FRP约束钢筋混凝土柱承载力的计算方法。在此基础上计算305根FRP约束钢筋混凝土柱的承载力,与试验结果进行对比分析,结果表明,各公式均能在一定程度上预测FRP约束柱的承载力,但各公式计算精度存在一定差异,其中经验公式精度较低,偏不安全,而规范推荐公式计算值偏于保守,各公式仍需要进一步改进。     

倒角半径与加载速率对FRP弱约束方形混凝土柱的承载能力影响

为研究倒角半径和应变速率对纤维增强复合材料(FRP)弱约束混凝土方柱抗压强度的影响规律,对20个FRP弱约束混凝土方柱进行了不同加载速率的轴压试验,探讨混凝土柱倒角半径和应变速率对FRP约束混凝土力学性能的影响,并绘制了相应的应力-应变关系曲线。结果表明:随着试件倒角半径的增加,FRP弱约束混凝土的抗压强度呈现增大的趋势;随着应变速率的增大,FRP弱约束混凝土的抗压强度也呈现增大的趋势;并采用试验结果对现有的抗压强度模型进行评估,发现不同加载速率下FRP强约束混凝土圆柱的抗压强度模型可以用于预测不同加载速率下FRP弱约束混凝土方柱的抗压强度。     

FRP约束钢管混凝土长柱承载力研究

已有研究表明,钢管混凝土柱和FRP约束混凝土柱承载力的计算方法不适用于FRP约束钢管混凝土柱承载力的计算。为研究FRP约束钢管混凝土长柱的承载力,本文以钢管约束效应系数ξs和FRP约束效应系数ξf为主要参数,考虑混凝土强度等级对FRP约束钢管混凝土柱承载力提高效果的调整系数,建立了FRP约束钢管混凝土短柱承载力的计算模型。在此基础上,分别引入钢管混凝土稳定系数φs和FRP约束混凝土柱稳定系数φf,建立FRP约束钢管混凝土长柱的承载力计算模型。并将模型的计算结果与试验数据进行比较。     

影响FRP约束混凝土柱力学性能的参数分析

为建立FRP约束混凝土柱合理的设计方法,必需明确各因素对FRP约束混凝土柱力学性能的影响。本文归纳了已有的影响FRP约束混凝土柱力学性能的参数的研究成果,并分析了研究中存在的不足。通过对大量研究成果的总结分析,探讨了FRP约束混凝土柱有待进一步解决问题,并展望了FRP约束混凝土柱的力学性能的发展前景。     

基于数值试验的FRP约束混凝土圆柱轴压性能研究

纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱(FRP Confined Concrete Column,简称"FCCC")具有承载力高、延性好等优点,目前以试验为主要研究方法,很难对其截面尺寸、混凝土强度等级及FRP层数等参数进行全面研究。首先对FCCC轴压性能的试验和数值模拟研究现状进行了归纳总结,然后基于Drucker-Prager弹塑性本构建立有限元模型,并通过现有试验结果验证了该模型的正确性;采用该有限元模型研究了截面直径为150 mm~750 mm,混凝土强度等级为C30~C80以及FRP层数为1层至5层的不同FCCC的轴压性能。结果表明:FRP层数恒定时,FCCC的轴向承载力和延性随着混凝土强度等级的提高而分别提高和降低;混凝土强度恒定时,FCCC的轴向承载力和延性随着FRP约束量的增加而提高;混凝土强度和FRP层数恒定时,FCCC的轴向承载力随着直径的增大而减小。通过数值试验的方法较全面地研究了不同参数对FCCC轴压性能的影响,可为FCCC受力性能的进一步研究和工程设计提供参考。     

FRP加固矩形截面混凝土柱在单轴轴压荷载下考虑尺寸效应的应力-应变关系研究

由于受到试验设备加载能力等研究条件的限制,目前FRP加固钢筋混凝土柱的破坏机理研究主要都是基于小尺寸试件的破坏试验,其研究成果对现代大型土木工程常用的大尺寸构件是否适用还没有得到验证。在修正尺寸效应律公式的基础上,对FRP约束圆形混凝土柱的极限强度公式进行调整,推导了反映尺寸效应的FRP约束矩形截面混凝土柱的极限强度计算公式,计算结果与试验结构吻合较好。     

椭圆形GFRP管高强混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为了调查椭圆形GFRP管高强混凝土短柱的轴压力学性能,验证Teng et al.2016模型(FRP约束椭圆形混凝土应力-应变关系模型)的适用性,通过4组8个椭圆形GFRP管高强混凝土短柱试件的单调轴压试验,来考察4种截面长短轴之比对其轴压力学性能的影响,并将试验结果与Teng et al.2016模型进行对比分析。试验结果表明:椭圆形试件的破坏模式均为椭圆形截面长轴顶点附近GFRP管发生环向断裂;椭圆形GFRP管的约束可显著提升核心混凝土的抗压强度与极限轴向应变,且抗压强度和极限轴向应变随截面长短轴之比的增大而降低;Teng et al.2016模型与本文试验结果吻合得较好,表明该模型对椭圆形GFRP管高强混凝土短柱试件依然适用。     

BFRP约束方形混凝土柱轴心受压强度模型

目前,FRP(纤维增强复合材料)约束混凝土强度模型大部分都是建立在FRP约束混凝土圆形柱基础之上.而FRP约束混凝土方形柱的侧向约束力受截面形状的影响较大,与圆形柱相比,由于拐角的应力集中导致的侧向约束应力不均匀等,使得FRP包裹方形柱的侧向约束效果明显降低,强度也随之下降.本文基于FRP约束圆柱体的强度公式,考虑方形柱的有效核心区、拐角效应的影响,引入对应的影响系数,建立了BFRP(玄武岩纤维复合材料)约束方形混凝土柱轴心抗压强度模型并与试验数据对比分析,结果表明,该模型具有良好的吻合度.     

新型玄武岩FRP布加固混凝土结构性能试验

为研究新型玄武岩纤维增强复合材料(FRP)布加固混凝土圆柱结构性能,制作了12根试件并进行轴心受压试验,通过改变不同粘贴层数,分析了混凝土柱承载力、延性的变化,以及玄武岩FRP布约束混凝土作用机理。结果表明,粘贴玄武岩FRP布加固结构,可以有效改善结构的力学性能,提高混凝土极限强度和极限应变,提高加固墩柱的承载能力;随着玄武岩FRP布层数增加,混凝土的延性得到较大改善,外贴1~3层玄武岩FRP布加固时,混凝土柱的延性提高幅度约为30.9%~80.7%;玄武岩FRP布约束力主要是在混凝土受压后达到屈服应力时产生;采用玄武岩FRP布进行结构加固,并不是粘贴层数越多加固效果越好。     

FRP管增强混凝土结构的轴压极限强度

通过对组合结构轴心受压后期强化阶段力学特征及组分材料相互约束条件的研究,归纳出FRP管与核心混凝土的轴压极限应力预测公式;运用合成法得到FRP管混凝土的轴压极限强度;分析了各设计参数对组合结构轴压极限强度的影响。结果表明,纤维缠绕角与组合结构轴压极限强度之间呈非线性变化状态,且在不同的缠绕角范围内,轴压极限强度的变化趋势不同,组合结构达到强度极值点的纤维最佳缠绕角为72°。而约束管含量比与轴压极限强度之间近似呈正比关系。     

GFRP管混凝土组合结构压弯构件非线性全过程分析

本文应用细观力学、经典层板理论、平截面假定、FRP约束混凝土本构模型及数值积分对GFRP管混凝土组合结构压弯构件进行了非线性全过程分析。通过理论计算发现GFRP管混凝土组合结构能有效地提高构件的承载力,且构件具有良好的变形能力。FRP壳体参与承载且有效地约束混凝土的变形,显著提高核心混凝土强度和变形能力。文中讨论了轴压比、长细比、径厚比、混凝土强度等级、纵筋配筋率、铺层角变化对极限水平荷载和极限水平位移的影响,从而得到了一些有益的结论。     

GRIP管混凝土组合结构压弯构件非线性全过程分析

本文应用细观力学、经典层板理论、平截面假定、FRP约束混凝土本构模型及数值积分对GFRP管混凝土组合结构压弯构件进行了非线性全过程分析。通过理论计算发现GFRP管混凝土组合结构能有效地提高构件的承载力，且构件具有良好的变形能力。FRP壳体参与承载且有效地约束混凝土的变形，显著提高核心混凝土强度和变形能力。文中讨论了轴压比、长细比、径厚比、混凝土强度等级、纵筋配筋率、铺层角变化对极限水平荷载和极限水平位移的影响，从而得到了一些有益的结论。     

约束钢筋混凝土矩形空心墩的FRP布拉应变试验研究

为了确定影响约束钢筋混凝土(RC)空心墩的纤维增强复合材料(FRP)有效拉应变的参数,建立其正确的计算模型,对10个FRP约束RC矩形空心墩进行了恒轴压、水平单向反复荷载作用下的拟静力试验。分析了不同约束试验空心墩的FRP拉应变实测值,结果表明:影响FRP布拉应变的参数包括约束区损伤位置、FRP类型和配箍率、剪跨比和约束墩的破坏模式。与不同FRP有效拉应变计算值进行对比,验证了弯曲破坏下约束矩形空心墩的FRP实测值与剥离破坏下FRP应变计算结果较接近,而与环向包裹粘贴或FRP拉断破坏模式下的FRP计算值相差较大。     

内置复材管局部弱约束混凝土方柱受压性能研究

基于约束混凝土提出一种由钢筋、混凝土及缠绕管组成的内置复合材料管局部约束混凝土组合柱(ConcreteEncased FRP Confined Concrete Sub-Columns/Cores Column,简称"CEFC"),本构件截面形式为外围的钢筋混凝土类方柱和内置于4角点的FRP管约束混凝土圆柱(Concrete-Filled FRP Tube,简称"CFFT")组合而成。通过试验研究及有限元数值模拟对钢筋混凝土柱及内置复合管局部弱约束混凝土方柱进行了轴偏压作用下力学行为的分析和比较。结果表明,弱约束CEFC典型破坏模式为局部破坏,内置CFFT可较好延缓构件整体破坏。CEFC在轴压和偏压作用下延性都有所提高,且在偏压作用下CEFC具有明显的二阶刚度,且承载力具有小幅度提高。     

FRP管混凝土组合结构理论研究

运用层板理论、平截面假定和平衡条件对FRP管混凝土梁柱构件进行了理论计算,分析了轴压比、径厚比、混凝土强度、配筋率和铺层角度对弯矩-曲率曲线的影响以及FRP配置率与弯矩-轴力相关曲线关系.部分理论分析与试验结果作了比较,弯矩-曲率曲线吻合较好.计算表明,FRP管混凝土组合结构能有效地提高构件的承载力,并由于FRP管的约束作用而提高混凝土强度和延性;弯矩-曲率曲线为双线性,第一刚度取决于混凝土刚度,第二刚度取决于FRP壳体刚度;当径厚比较小时轴压比对弯矩-曲率曲线影响较小,当径厚比较大时,随着轴压比增加,弯矩和极限曲率先增后减;配筋率增加则极限弯矩提高,耗能能力增加;随着纤维与杆件纵轴的角度减小,第二刚度和极限弯矩提高.