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纤维增强塑料(FRP)是一种新型的结构材料,因其卓越的性能,在土木工程领域得到越来越广泛的应用。FRP约束混凝土是其中一种有效的应用方式,可以大幅提高混凝土的强度和延性,具有良好的经济效益。
本文在前人研究的基础上,通过理论分析,对FRP约束混凝土的轴压性能进行了研究,分别建立了FRP约束圆柱的应力-应变关系分析模型和FRP约束矩形柱的应力.应变关系设计模型。主要研究内容包括:
(1)本文收集了153个FRP有效极限拉应变数据,所有数据都从FRP约束混凝土圆柱试验所测得,且试件破坏都为FRP断裂破坏。本文对这些数据进行了归纳和统计,根据统计结果对FRP有效极限拉应变进行取值以确定FRP约束混凝土的破坏准则。
(2)在考虑静力平衡条件以及混凝土和FRP间的位移协调条件的基础上,建立了FRP约束混凝土圆柱的力学模型。根据混凝土柱是实心圆柱还是圆管、FRP层是否承担轴向压力,共分四种情况对FRP约束混凝土圆柱的侧向约束应力进行了分析。
(3)基于主动约束下的泊松比变化规律和应力-应变关系模型,采用迭代方法,全过程计算具有被动约束特征的FRP约束混凝土圆柱的应力-应变关系,建立了FRP约束混凝土圆柱的应力.应变关系分析模型。结果表明,无论是对于强约束还是弱约束的FRP约束混凝土,计算结果与已有大量试验结果相比吻合良好。同时,对无约束混凝土抗压强度、FRP极限抗拉强度和侧向约束刚度等参数进行了分析。
(4)在国内外试验研究的基础上,分析了FRP约束混凝土矩形柱应力-应变关系曲线的特征。建议了强、弱约束分界点的判断式以及分界点应力和应变的计算公式。针对强、弱约束曲线分别建立了极限应力和极限应变的计算模型。最后,提出了一个FRP约束混凝土矩形柱的应力.应变关系设计模型。该模型中,等效圆柱直径取值时考虑了倒角半径的影响,并假定等效圆柱的直径为对角两圆弧中点的距离。此外,截面形状系数考虑了截面高宽比的影响。计算结果与已有其他研究者的试验结果相比吻合良好。