芳綸纖維布約束混凝土短柱的尺寸效應研究與多尺度分析.pdf

1、纖維增強復合材料(fiber reinforced polymer,簡稱“FRP”)具有較高的強度質(zhì)量比、優(yōu)良的抗拉力學性能以及便捷的施工性能等優(yōu)點,已被廣泛應用于混凝土結(jié)構(gòu)的加固工程中。已有研究表明:外包FRP布的約束作用能夠增強混凝土柱的強度、延性及耗能性能等。然而,在現(xiàn)有的相關(guān)研究中,絕大多數(shù)都是基于小尺寸試件展開,得到的預測模型和規(guī)范設(shè)計公式(包括強度、變形及應力-應變關(guān)系曲線等)均未考慮尺寸效應的影響,這可能造成研究中的偏差和

2、設(shè)計實踐中的不安全,茲待解決。
　　 混凝土材料的尺寸效應一般指:混凝土強度隨試件尺寸增加而減小的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是混凝土破壞過程中的斷裂能量釋放區(qū)域化及斷裂面分形。因而,用于分析混凝土尺寸效應的合理方法應能夠較好地表征破壞過程中的斷裂行為。與此同時,混凝土作為一種多相混和材料,其破壞源于內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的失效,所以有必要采用宏、微觀結(jié)合的多尺度方法來分析這一破壞過程。目前,混凝土的多尺度分析還很不充分,處于起步階段,對

3、于FRP約束混凝土柱的多尺度分析仍是空白。
　　 針對上述情況,本文圍繞芳綸纖維布(aramid FRP,簡稱“AFRP”)約束混凝土短柱的尺寸效應,開展了試驗研究和理論研究。主要工作和取得的成果如下:
　　 1)開展了單調(diào)軸壓荷載下AFRP約束混凝土短柱尺寸效應的試驗研究,試件包括99根AFRP約束混凝土短柱和36根未約束混凝土短柱,分為圓形截面柱和方形截面柱兩種,主要考慮了試件尺寸和AFRP布的約束比等試驗因素。試驗

4、結(jié)果表明:試件尺寸對AFRP約束混凝土短柱的強度有顯著影響,對應力-應變關(guān)系曲線有部分影響,對延性和耗能性能無明顯影響,而對破壞模式無影響。
　　 2)采用多因素效應的析因分析方法,對試驗數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析,獲得了AFRP約束混凝土短柱尺寸效應的特點。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析結(jié)果,給出了AFRP約束混凝土短柱的強度、變形及應力-應變關(guān)系曲線的預測模型。其中,強度的預測模型中考慮了試件尺寸及其與AFRP布約束比的耦合作用,而變形的預

5、測模型與試件尺寸無關(guān)。上述模型的預測結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合較好。
　　 3)基于材料破壞的微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論,構(gòu)建了混凝土短柱軸壓破壞的失效模式,推演得到了未約束混凝土短柱和AFRP約束混凝土短柱極限強度的多尺度解析模型,并討論了模型中AFRP約束作用對極限強度的影響機理以及該模型的適用范圍。該解析模型能夠考慮柱尺寸對其極限強度的影響,模型的計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)符合較好。
　　 4)提出了混凝土的分形-微平面模型,能夠在有限元法中