FRP约束超高性能混凝土圆柱轴压本构模型

为研究纤维增强复合材料(FRP)约束超高性能混凝土(UHPC)圆柱体的轴压性能,对30根FRP布约束和3根无约束UHPC圆柱体进行了轴心抗压试验,分析了FRP种类、纤维布层数和约束形式对UHPC轴压性能的影响规律.根据试验结果,同时考虑约束刚度和纤维布极限应变的影响,通过回归得到了约束试件强度和极限应变预测公式,并对Lam-Teng模型中的截距进行了修正.研究结果表明:约束比和侧向约束刚度是影响约束试件强度和极限应变的主要因素;约束试件的应力-应变曲线由抛物线和直线段组成;改进后Lam-Teng模型的拟合优度均值为0.96,能更精确地预测约束试件的应力-应变关系.      

FRP约束混凝土柱强度和延性性能试验研究

为研究碳纤维增强复合材料CFRP对约束混凝土柱延性性能的影响,玻璃纤维增强复合材料GFRP对约束混凝土柱的强度和延性的改善效果,以及高强度CFRP以外的其他材料的约束效应,并分析它们在约束混凝土柱中的作用机理,通过对纤维增强复合材料FRP约束柱布置纵向、环向位移传感器进行单轴压缩试验,由裂纹走向及破坏形态总结出了FRP约束柱的破坏过程,根据荷载-应变曲线、荷载-位移曲线研究了FRP约束混凝土圆柱的强度和延性性能。研究结果表明:(1)CFRP和GFRP作为约束材料,都可以产生强的约束效应,提高约束混凝土的强度,CFRP、GFRP约束混凝土强度分别增加了29.2%和58.6%;(2)强约束作用下,CFRP和GFRP约束混凝土柱的强度和延性性能得到显著改善;(3)由于单一FRP材料的线弹性性质,FRP约束混凝土柱破坏时脆性特征明显;(4)与CFRP相比,变形性能较好的GFRP能更好地改善混凝土柱的延性性能,设置1层GFRP相比1层CFRP延性可提高61.9%,设置2层GFRP相比2层CFRP延性可提高63.6%。     

FRP加固混凝土柱研究综述

纤维增强塑料（FRP）以其抗拉强度高、质量轻、耐腐蚀、易于加工等特点而倍受土木工程界的关注,在工程中有着广泛的应用．在阅读大量国内外相关文献的基础上,首先简要介绍了FRP发展的历史,着重从加固机理、应力一应变关系曲线、强度模型、偏心受压、抗震、耐久性等方面阐述了FRP约束混凝土柱的发展现状．最后指出在FRP约束混凝土柱中存在尺寸效应．讨论了在FRP加固混凝土柱的研究中还没有解决的尺寸效应问题．     

FRP约束混凝土柱强度和延性性能 试验研究

为研究碳纤维增强复合材料CFRP对约束混凝土柱延性性能的影响,玻璃纤维增强复合材 料GFRP对约束混凝土柱的强度和延性的改善效果,以及高强度CFRP以外的其他材料的约束效 应,并分析它们在约束混凝土柱中的作用机理,通过对纤维增强复合材料FRP约束柱布置纵向、 环向位移传感器进行单轴压缩试验,由裂纹走向及破坏形态总结出了FRP约束柱的破坏过程,根 据荷载-应变曲线、荷载-位移曲线研究了FRP 约束混凝土圆柱的强度和延性性能。研究结果表 明：（1） CFRP 和GFRP 作为约束材料,都可以产生强的约束效应,提高约束混凝土的强度, CFRP、GFRP约束混凝土强度分别增加了29.2%和58.6%;（2） 强约束作用下,CFRP和GFRP约 束混凝土柱的强度和延性性能得到显著改善;（3） 由于单一FRP材料的线弹性性质,FRP约束混 凝土柱破坏时脆性特征明显;（4） 与CFRP相比,变形性能较好的GFRP能更好地改善混凝土柱 的延性性能,设置1 层GFRP相比1 层CFRP延性可提高61.9%,设置2 层GFRP相比2 层CFRP延 性可提高63.6%。     

方中空不锈钢管混凝土短柱轴压承载力性能

为促进方中空不锈钢管混凝土构件在土木工程中的应用，以不锈钢外管厚度和混凝土强度为变量的6组试件为研究对象，首先，进行轴压试验，得到了不同试件在轴压荷载作用下的破坏模式、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线，并进一步分析了不锈钢方管宽厚比、核心混凝土强度以及不锈钢方管约束效应系数对方中空不锈钢管混凝土短柱极限承载力的影响；然后，初步讨论了倒角对强度和延性的影响，提出了避免内管先于外管屈曲的最小厚度计算方法；最后，基于试验结果以及已有文献数据，采用拟合方法推导了方中空不锈钢管混凝土短柱的抗压承载力计算式，并与已有文献的简化模型及国外主要规范的计算结果进行对比.研究结果表明：试件宽厚比由34.9降至20.9，极限承载力的提升率平均为98.5%，核心混凝土强度由C40提升至C60时，试件极限承载力的提升率平均为7.3%；短柱的轴压极限承载力随约束效应系数近似呈线性增加，约束效应系数ξ越大，短柱的承载力越高；本文得到的计算式可以较好地预测方中空不锈钢管混凝土短柱的轴压承载力.     

新月型钢管混凝土拱桥极限承载能力分析

为了研究结构参数对新月型钢管混凝土拱桥极限承载力的影响,基于考虑约束效应的核心混凝土本构关系,对新月型拱桥的极值点稳定问题进行了分析.首先通过特征值分析,获取对结构承载能力最不利的荷载工况;其次在该工况下考虑结构的几何非线性和材料非线性,采用Riks法迭代求解,得到结构的极限承载力和稳定安全系数;最后以石棉大渡河桥为工程背景,研究了主副拱肋夹角、钢管材料强度、核心混凝土强度、含钢率等结构参数对极限承载能力的影响.研究结果表明:新月拱的失稳形式为拱肋整体的横向失稳,结构的稳定性主要取决于恒载大小;考虑几何非线性后,极限承载能力下降3%,当初始缺陷从1%增加至10%时,极限承载能力下降1%,考虑材料非线性后,承载能力下降55%;含钢率增加至1.5倍时,稳定安全系数提高19.0%;核心混凝土强度从C50提高至C60时,稳定安全系数提高12.0%;钢材强度从Q345提高至Q420时,稳定安全系数提高9.6%;随主副拱肋夹角从10°变化至25°时,稳定安全系数降低5.9%.     

钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱抗震性能影响

为了研究钢筋粘结滑移对钢筋混凝土墩柱在地震荷载下的弹塑性滞回性能的影响,采用有限元OpenSEES对试验墩柱进行了有限元数值模拟,同时参数分析了在改变墩柱延性、钢筋屈服强度、混凝土的约束以及加载历程对粘结滑移曲率的影响。分析结果表明：考虑钢筋粘结滑移的模型能较好地反映滞回曲线的“捏拢”效应以及墩柱强度与刚度的退化作用,与实际结果模拟较好,可供钢筋混凝土墩柱数值模拟和地震反应分析参考。     

表层嵌入混合FRP筋的连续梁弯曲性能与影响因素

通过4根表层内嵌入不同FRP筋加固连续梁试件的静载试验,研究了试验梁的弯曲性能,借助通用有限元分析软件分析了影响试验梁承载力的混凝土强度、初始荷载、FRP筋弹性模量与配纤率等因素。分析结果表明:FRP筋与混凝土之间未发生剥离破坏,加固效果显著;与未加固梁相比,加固梁屈服荷载与极限荷载提高幅度分别可达31%、56%;随着混凝土强度、FRP筋弹性模量与含纤率的提高,加固梁屈服荷载与极限荷载提高幅度分别可达38%、17%;随着初始荷载的增大,加固梁屈服荷载与极限荷载降低幅度分别可达6%和24%;试验梁屈服荷载模拟值与试验值的平均比值为0.969,极限荷载模拟值与试验值的平均比值为0.962,钢筋屈服时跨中挠度模拟值与试验值的平均比值为1.104,梁破坏时跨中挠度模拟值与试验值的平均比值为1.024,荷载-挠度模拟曲线与试验曲线走势基本一致,这说明有限元分析结果与试验结果吻合较好,有限元法可以较好模拟试验梁的力学性能。     

混凝土四重球弹性模量随龄期发展预测模型

混凝土的抗压强度和弹性模量随龄期不断增长.然而,与抗压强度相比,弹性模量随龄期的增长并不明显,相关的研究也较少.本文在混凝土弹性模量双重球和三重球预测模型的基础上,考虑了水泥浆体与骨料间的界面过渡区效应,建立了混凝土弹性模量四重球理论模型,且模型能够较好的反映界面过渡区在混凝土弹性模量发展中的作用.分析表明,对混凝土弹性模量发展起到主要作用的参数按重要程度依次为骨料体积分数、骨料粒径及界面过渡区效应.     

带管翼缘的钢-混凝土组合梁抗弯性能试验研究

为了研究带钢管混凝土上翼缘的钢-混凝土组合梁在静载作用下的抗弯性能,进行了组合梁静力试验,建立了组合梁有限元模型,进行了非线性静力变参数分析。基于钢材的理想弹塑性模型和圆形钢管约束混凝土模型,建立了正截面抗弯承载力理论分析模型。研究结果表明:新型组合梁满足平截面假定,抗弯承载力大,延性好,钢管内填混凝土与管壁无滑移;极限抗弯承载力随含钢率与钢材的屈服强度的提高而增大,管内填混凝土强度的提高对极限承载力影响不大,但可以显著提高其延性,因此,在新型组合梁设计过程中要考虑内填混凝土强度和上翼缘钢管屈服强度之间的匹配关系;极限抗弯承载力试验值与理论计算值的比值为1.07,说明理论分析模型偏于安全。     

负载下CFRP约束混凝土应力-应变关系分析型模型

为研究负载水平对FRP(纤维增强复合材料)约束混凝土柱峰值应力和峰值应变的影响,根据32个CFRP(碳纤维增强复合材料)约束混凝土圆柱构件和16个CFRP约束混凝土方柱构件的试验结果,引入负载影响因子,对J G Teng提出的CFRP约束混凝土柱峰值应力和峰值应变计算公式进行修正.在此基础上分析了CFRP约束混凝土柱构件轴向-侧向应变关系,以J G Teng本构模型为主动约束关系,建立了负载下CFRP约束混凝土应力-应变分析型模型.研究结果表明:模型理论曲线与试验曲线接近,修正后的峰值应力和峰值应变与试验结果较吻合,圆柱构件的误差约10%,方柱构件的误差在15%左右.      

圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件工作机理研究

利用有限元软件ABAQUS对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件进行研究,分析了混凝土强度、内外钢管屈服强度、轴压比、截面名义含钢率及空心率等参数对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件的荷载-变形关系曲线的影响规律,并对圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形关系曲线进行全过程计算分析。结果表明:混凝土强度、外钢管屈服强度及截面名义含钢率越大,构件极限承载力越高,空心率越大,构件极限承载力越低,而随着轴压比的增大,构件承载力先增大后减小;圆中空夹层钢管混凝土压弯剪构件荷载-变形曲线可分为三个阶段:弹性段、弹塑性段和塑性段。通过对这三个阶段中内外钢管和混凝土固定端的截面纵向应力分布云图及钢管与混凝土间相互作用的分析,揭示了圆中空夹层钢管混凝土在压弯剪作用下的工作机理。     

FRP筋与混凝土粘结性研究

FRP筋与混凝土间的粘结性是FRP筋混凝土的关键问题,是FRP筋混凝土结构中最基本的力学行为.分析FRP筋与混凝土的粘结机理、粘结力的构成,讨论影响FRP筋与混凝土之间粘结强度的因素,可供同行参考.     

FRP加固混凝土受弯构件分析

通过对混凝土结构加固后受力性能的分析，考虑二次受力问题，对纤维增强材料（FRP）加固混凝土梁进行了全过程分析；并研究了相关参数对ERP加固混凝土梁性能的影响。在此基础上，提出了一种简单、适用的极限抗弯承载力计算方法，并将具体实用例的计算结果与典型的实验结果进行了对比，获得较为满意的结果，表明了该方法的准确性与合理性，对工程应用有一定参考价值。     

纤维掺量对沥青混凝土强度的影响

为了研究纤维掺量对沥青混凝土强度的影响,选用5种纤维掺量沥青混凝土的马歇尔试件和圆柱体试件,在MTS810材料试验机上进行劈裂试验和单轴压缩试验,分析了劈裂试验结果和抗压强度随纤维掺量变化的规律。研究结果发现,劈裂强度和抗压强度随着纤维掺量的增加均出现先增大后缩小的变化,在纤维掺量为0.20%时取得最大值,反映出适量的纤维加入可以提高沥青混凝土的强度值。根据破裂试验和单轴压缩试验结果分析,给出此种纤维改善沥青混凝土强度的合理掺量约为0.20%。     

UHPC局部受压承载力计算方法

为合理地计算UHPC构件的局部受压承载力，建立了有、无间接钢筋UHPC的局部受压试验数据库，以此为基础分析和评估了NF P 18-710、CECS 38:2004、DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018中的局部受压承载力计算公式；基于UHPC局部受压试验数据库提出了考虑混凝土强度和钢纤维影响的UHPC局部承压修正系数和间接钢筋影响系数，进而修正了JTG 3362—2018的局部受压承载力计算公式。研究结果表明:无间接钢筋UHPC的局部受压承载力试验值与NF P 18-710、CECS 38:2004、DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018计算值之比的均值分别为0.97、0.81、1.33和1.09，有间接钢筋UHPC的局部受压承载力试验值与CECS 38:2004、DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018计算值之比的均值分别为0.91、1.31和1.13；各规范公式的混凝土局部受压承载力公式未充分反映混凝土抗压强度和钢纤维的影响，间接钢筋的局部受压承载力计算公式未充分反映约束面积比、混凝土抗压强度和钢纤维的影响；NF P 18-710可较好地预测无间接钢筋UHPC的局部受压承载力，CECS 38:2004计算所得UHPC的局部受压承载力偏大，且间接钢筋的局部受压承载力预测结果离散性大，DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018的计算结果偏保守。有、无间接钢筋UHPC的局部受压承载力试验值与JTG 3362—2018修正公式的预测值之比的均值分别为1.00和1.04，标准差均小于0.20，因此，JTG 3362—2018修正公式可较好地预测有、无间接钢筋UHPC的局部受压承载力，可为国内UHPC桥梁结构设计规范的编制提供参考。      

曲线钢混凝土组合梁桥剪力滞效应影响参数研究

为研究曲线钢混凝土组合梁桥各种设计参数对于其剪力滞效应的影响,通过有限元软件Midas FEA建立不同参数情况下的曲线钢混凝土组合梁桥模型,并进行非线性分析,得到其横桥向的剪力滞曲线,结果表明:曲率半径越大,剪力滞系数越小;混凝土板厚度越大,剪力滞系数越小;钢梁高度越高,剪力滞系数越小。研究结论:曲率半径对全桥整体的剪力滞效应影响较大,而混凝土板厚度与钢梁高度对应于混凝土板与钢梁底板剪力滞效应有所影响。     

曲面混凝土构件内弧粘贴FRP弦剥离效应

进行了26个曲面构件的FRP-混凝土界面粘贴试验, 研究了混凝土强度、FRP粘贴层数、FRP粘贴长度与构件曲率对粘贴强度、界面应变与破坏机理的影响。研究结果表明: 曲面混凝土构件内弧粘贴FRP易出现3种破坏形态: 弦剥离破坏、FRP在裂缝处被拉断和FRP在试件裂缝一侧发生剥离, 其中构件曲率越大, 越容易发生弦剥离破坏, 小曲率构件多发生FRP拉断破坏; 随外荷载的增大, FRP应变峰值有一个向后传递的变化过程, 说明沿纤维长度方向的FRP并不是全部参与工作, 存在一个有效工作(粘贴) 长度; 对本试验数据采用虚拟零点方法分析得出, 曲面混凝土构件内弧粘贴FRP有效粘贴长度约为14 cm; 曲率对粘贴强度影响显著, 曲率增大, 纤维应变梯度增大, 有效粘贴长度变小, 粘贴强度降低; 曲率相同时, 纤维层数越多, 沿纤维方向应变分布越均匀, 粘贴强度越大, 但是这一增长并非与FRP层数成线性关系, 2层纤维粘贴强度约为1层的1.5倍; 当纤维层数增加时, 粘贴层法向应力增大较快, 试件更易发生弦剥离破坏, 这种破坏是由法向粘贴应力与面内剪应力的耦合效应引起的; 粘贴层应力函数可用内弧曲率圆心角的余弦函数表示, 当矢高分别为30、60、90 mm时, 构件平均误差分别为7.7%、2.4%与8.8%, 因此, 函数精度较高。      

SRPE套管约束混凝土单轴受压应力-应变本构关系模型

为研究钢骨架聚乙烯塑料复合管(SRPE)约束混凝土单轴受压应力-应变本构关系模型,将SRPE管对核心混凝土的约束作用等效为外包HDPE管和内嵌钢丝网骨架中纬线钢丝各自对核心混凝土约束作用的线性叠加,借鉴经典的Mander模型研究思路,计算出SRPE管对核心混凝土的有效侧向约束应力,通过修正模型中约束混凝土强度提高系数k值,提出SRPE套管混凝土极限压应力与应变的计算方法,并建立相应的应力-应变关系模型。结果表明:模型计算结果与试验结果较为接近,表明本文所推导的本构关系模型具有一定精度。     

纵向初应力作用下圆钢管混凝土轴压短柱受力机理

应用连续介质力学,确立钢管在纵向初应力作用下的圆钢管混凝土同心圆柱体钢管和混凝土受压时的计算模型,推导了初应力作用下的钢管混凝土组合弹性模量计算公式和组合应力-应变关系全曲线的表达式,分析了不同初应力系数下钢管混凝土加载过程中的钢管轴向应力-应变关系、环向应力-应变关系以及核心混凝土的轴向应力-应变关系、径向应力-应变关系的变化情况,探讨了初应力系数对钢管混凝土力学性能的影响。分析结果表明:随着钢管纵向初应力的增大,核心混凝土的纵向刚度、径向压应力、纵向强度与钢管环向拉应力也有所降低,而相应的钢管纵向压应力有所增加,套箍约束作用和极限承载力也有所降低,但对组合弹性模量影响不大。