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FRP约束混凝土柱快速荷载下力学性能试验研究

金希荣  
【摘要】: 近年来,纤维增强复合材料(简称FRP)优良的力学性能日益得到人们的关注,被广泛用于混凝土结构及其他结构的加固中,并寄期望应用于普通结构的抗震加固与防护结构的抗爆加固,而目前对其快速荷载下的力学性能研究较少。为此,本文共通过64根(25组)圆柱体试件分别对FRP约束混凝土的单调静力(0.00001/s)加载、单调快速(0.0149/s~0.357/s)加载和等幅多循环快速(0.0149/s)加载进行了试验研究和理论分析,并采用有限元分析软件ABAQUS对GFRP约束混凝土进行了静力建模分析,模拟值和试验值吻合较好,从而对FRP约束混凝土静力和快速荷载下力学性能有了较为深入地了解。 FRP约束混凝土静载下极限强度较素混凝土显著提高,且随包裹层数的增多而基本呈线性增长,但随混凝土强度提高,极限强度提高幅度没有呈现逐渐增高的趋势,虽然各种强度下极限强度有不同程度的提高。且静载情况下,约束混凝土相对素混凝土极限应变有很大程度的提高,即延性有所改善,更有利于抗震加固。FRP约束混凝土在单调静力加载下强度提高其原因在于:FRP套箍对混凝土进行约束,迫使混凝土处于三向受压状态,从而达到提高混凝土强度的目的。 FRP约束混凝土快速加载下的极限强度随应变速率的增加而提高,与对数应变速率呈线性关系,其斜率α(极限强度的应变速率敏感性系数)与约束比ξ不呈线性关系,逐渐变缓。快速荷载下的极限应变随应变速率的增加而增大,亦大致与对数应变速率呈线性关系,其斜率β(极限应变的应变速率敏感性系数)大致与约束比ξ呈线性关系。FRP强约束混凝土在快速荷载作用下,其初始弹性模量与静载下基本相同,全过程应力应变曲线与静载下的双线性关系有较大区别,表现为明显的曲线特征。 FRP约束混凝土在较高应变幅值的等幅有限次快速重复加载作用下,其“抗力”与环线刚度衰减不大并有收敛趋势。经重复加载后的静力试验表明,应力应变曲线与静力单调加载有较大差别,尤其是强约束状态,初始弹性模量较大幅度的降低,存在线性化的趋势,但不影响其最终的静载强度,且极限应变有一定的提高。这些性能表明,将FRP约束混凝土应用于普通结构的抗震加固与防护结构的抗爆加固是完全可行的。 运用损伤理论分析了FRP约束混凝土快速单调加载和等幅多循环加载作用下的损伤过程及FRP约束混凝土的损伤机理,认为对FRP约束混凝土的分析应采用弹塑性损伤模型,该模型才能较好的描述其损伤演变过程。 运用ABAQUS有限元软件对FRP约束混凝土进行静力加载分析,试验值和模拟值吻合较好。


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