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FRP约束混凝土柱的受压性能研究

胡波  
【摘要】: FRP约束混凝土柱的受压性能作为基本的力学性能,是FRP加固混凝土柱技术应用的关键基础问题。本文对FRP约束混凝土柱受压性能的三个热点问题:FRP约束混凝土柱的轴压性能、FRP约束钢筋混凝土柱的偏压性能和FRP-混凝土-钢混合双管柱的轴压性能进行了较为深入的研究。本文的主要研究工作和成果如下: (1)通过理论分析和回归分析,提出了轴压下FRP约束圆形和矩形截面混凝土应力-应变关系的统一计算模型。统一模型计算曲线与试验曲线吻合较好。建议先判别试件的强弱约束,再选取相应的混凝土本构关系模型,对FRP采用分层壳体模拟,建立了用于模拟FRP约束混凝土柱轴压过程的数值计算模型。数值模型计算结果与试验结果吻合良好。 (2)对已有的FRP约束混凝土柱强度和极限应变模型进行了收集和评估。评估结果表明,已有模型对强度的预测要好于对极限应变的预测。已有模型中,Campione模型对圆形截面强约束试件和矩形截面弱约束试件强度的预测较准确;De Lorenzis模型对圆形截面试件极限应变的预测较准确。在保持Campione强度模型和De Lorenzis极限应变模型准确性的基础上,考虑截面有效约束影响,提出了预测更为准确且计算简便的强度和极限应变模型。 (3)针对FRP约束钢筋混凝土柱的特点,对通常的钢筋整体式法进行了改进,建立了用于模拟FRP约束钢筋混凝土柱偏压过程的数值计算模型。数值模型计算结果与试验结果吻合较好。基于数值计算模型的数值试验的结果表明,柱中部受压区混凝土的最大应力和最大应变都与混凝土的强度和FRP的约束作用有关,此外最大应变还与试件的偏心率和长细比成反比。在数值模拟研究的基础上,提出了承载力的计算模型,包括分析模型和设计模型。分析模型和设计模型计算结果与数值计算结果以及试验结果均吻合良好。在设计模型的基础上,提出了承载力-弯矩关系简化计算模型。 (4)在平面应变条件下,建立了轴压下FRP与钢双管约束混凝土应力-应变关系的理论分析模型。理论模型计算曲线与试验曲线吻合较好。针对FRP管不同的制作方式建议选取不同的单元模拟FRP管,提出了用于模拟FRP-混凝土-钢混合双管柱轴压过程的数值计算模型。数值模型计算结果与试验结果吻合良好。对数值计算结果的分析表明,FRP-混凝土-钢混合双管短柱存在三种破坏类型。最后对不同加载方式下FRP-混凝土-钢混合双管柱的轴压性能进行了理论分析。


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