FRP約束混凝土矩形柱力學(xué)特性及其抗震性能研究.pdf

1、研究纖維增強復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer，簡稱FRP)約束構(gòu)件的力學(xué)性能，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系模型是基礎(chǔ)，然而對于FRP約束矩形截面混凝土，其應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型仍不完善；FRP在鋼筋混凝土(RC)柱抗震加固領(lǐng)域的獨特優(yōu)勢已得到廣大研究者的認(rèn)同，但對FRP約束RC柱抗震性能的研究多以定性結(jié)論為主，其中，破壞模式判定、變形能力及恢復(fù)力模型等在FRP約束柱抗震性能評價及計算中具有重要的地位。本文在廣泛收集、整理既有研究

2、的基礎(chǔ)上，通過理論分析、試驗探索及數(shù)值模擬的手段，進(jìn)行了以下研究工作： 對公開發(fā)表文獻(xiàn)中FRP約束混凝土矩形柱的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了收集，對有限的既有應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型進(jìn)行分類、總結(jié)與評估，系統(tǒng)分析影響FRP約束混凝土矩形柱應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的主要參數(shù)，針對FRP約束矩形柱有、無軟化段(強、弱約束)分別提出相應(yīng)的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系模型，特別是對于弱約束，提出軟化段終點可近似為位于通過原點的同一條虛直線上的假定。 進(jìn)行9根較大尺寸的FR

3、P約束矩形RC短柱在低周反復(fù)荷載下的抗震性能試驗研究，主要考慮了大尺寸、矩形、高彎剪強度比(縱筋配筋率高)、短柱及不同F(xiàn)RP類別等一系列特點，對試件的破壞形態(tài)、滯回曲線、骨架曲線、應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系、位移延性、耗能性能、強度退化、剛度退化等性能進(jìn)行較為深入系統(tǒng)的研究；證實了連續(xù)玄武巖纖維絲束(BF)在柱抗震加同領(lǐng)域的有效性，對不同F(xiàn)RP類別(CFRP、DFRP、BFRP)約束試件的滯回性能進(jìn)行系統(tǒng)比較，研究加載順序?qū)RP約束柱抗震性能的影

4、響。 收集大量剪切破壞特征的矩形截面RC柱低周反復(fù)荷載試驗數(shù)據(jù)，對國內(nèi)外相關(guān)抗剪承載力公式進(jìn)行評估，對RC柱抗剪承載力的影響規(guī)律進(jìn)行探討，對GB50010-2002抗剪承載力公式中混凝土抗剪分項進(jìn)行考慮延性系數(shù)影響的修正以反映塑性鉸區(qū)混凝土抗剪承載力隨位移延性系數(shù)的退化規(guī)律，給出FRP約束混凝土矩形柱受剪承載力計算公式，論證了FRP有效極限應(yīng)變的取值方法，給出FRP約束混凝土柱破壞模式的判別方法。 通過數(shù)值分析方法，將F

5、RP約束矩形截面軸壓模型應(yīng)用于彎剪組合柱的分析，研究不同F(xiàn)RP約束混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系對彎矩-曲率分析結(jié)果的影響，討論各主要參數(shù)對FRP約束矩形混凝土截面彎矩-曲率關(guān)系的影響，確定了以最外邊緣受壓混凝土纖維應(yīng)變分別達(dá)劍0.004、1.0ε<,cc>、1.5ε<,cc>為FRP約束柱在彎剪共同作用下的功能正常、損傷控制、極限倒塌性能極限狀態(tài)，給出3個不同等級性能極限狀態(tài)的曲率計算公式，推導(dǎo)出曲率延性的計算方法。 收集大量彎曲破壞

6、的箍筋約束矩形柱低周反復(fù)荷載試驗結(jié)果，建立形式簡單的、可以雙向應(yīng)用的極限位移角θ<,u>與配箍特征值λ<,v>之間的定量關(guān)系式，并與既有研究成果進(jìn)行比較。在此基礎(chǔ)上，計算我國規(guī)范規(guī)定最小配箍特征值所對應(yīng)的變形能力；建立FRP用量與極限位移角θ<,u>之間的定量表達(dá)式，計算對應(yīng)我國規(guī)范配箍特征值相應(yīng)變形能力的FRP用量。 在FRP約束矩形混凝土截面應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)FRP約束矩形混凝土柱在軸力和彎矩共同作用下的抗彎承載力