近十几年来,随着材料工业的发展,纤维增强复合材料或塑料(FRP)作为一种补强加固材料,由于其轻质高强、耐久性好、易于裁剪、便于施工等诸多优点,在混凝土结构的加固工程中得到了大量的应用。众所周知,通过约束混凝土的侧向膨胀变形可以改善其受压性能,因此FRP在加圆柱子、桥墩方面受到工程师们的青睐。目前国内外关于这方面的研究工作开展得较多,并取得了一些成果。但无论是试验研究还是理论分析都是在无负载的情况下进行的,且没有考虑持荷时间的影响。而在实际工程中,被加固柱往往是在不完全卸载甚至是没有卸载的情况下进行FRP包裹的,且柱子外包FRP加固后仍需要继续长期承担荷载。综合考虑负载水平和长期荷载影响下FRP约束混凝土的受噩力学性能的研究还几乎没有,因此理论研究严重滞后于工程应用。针对这种情况,本文采用试验研究、理论推导、数值模拟等手段,对短期和长期负载下FRP约束混凝土应力一应变模型进行了系统的研究和分析,主要的内容和成果如下： 在不同的负载水平、外包FRP层数和混凝土强度的情况下,对32个圆形截面试件和16个方形截面试件进行了短期负载的轴压试验研究。试验结果表明：无论是圆柱还是方柱,随着负载水平的提高,其峰值点应力和应变都存在不同程度的下降；随着碳纤维布层数的增加,圆柱的峰值点应力和应变下降幅度增加,方柱的峰值点应力降幅增加,但峰值点应变降幅表现不明显。负载所导致的碳纤维布拉应变滞后是导致圆柱和方柱承载力下降的主要原因。此外,裂缝引起碳纤维布沿环向的不均匀受力,存在局部应力集中,以及混凝土在负载期间的力学损伤,也是导致构件力学性能降低的两个因素。 阐述了典型的FRP约束混凝土圆形截面和矩形截面的应力、应变以及其对应曲线的计算模型,根据短期负载的试验数据对这些模型进行了比较分析,重点考察了峰值点的应力、应变计算模型,根据对比结果,指出了多数模型存在过高估计负载下FRP约束混凝土的峰值点应力和应交,是偏于不安全的。针对FRP约束圆形截面与方形截面的不同之处,结合已有的研究成果,对拐角半径、截面形状等影响因素进行了分析。根据短期负载试验所得到的曲线形状,考虑实际负载水平、侧向约束刚度、侧向约束强度和未约束混凝土强度等参数的影响,通过对试验数据的回归分析,提出了负载下FRP约束圆形截面和方形截面混凝土的第二阶段刚度的计算公式。基于侧向膨胀系数的极限值趋于渐近值的结论,考虑了负载水平、侧向约束强度和未约束混凝土强度的影响,提出负载下的圆柱体极限侧向膨胀系数的计算公式。基于已有的无负载下FRP约束混凝土的峰值点应力和应变的计算公式,引入圆形截面和方形截面的负载下峰值点应力和应变影响因子,提出了考虑负载影响的峰值点应力和应变的统一计算公式,建立了负载下FRP约束圆形截面和方形截面混凝土的应力一应变关系曲线的计算模型,并进行了试验数据验证。 在短期负载试验研究的基础上,采用数值模拟的方法对短期负载下FRP约束混凝土的应力-应变曲线做了进一步的研究。利用有限元软件ANSYS,通过选择合理的单元类型和本构模型,建立了有限元数值模型。根据该模型计算出的轴向应力-应变曲线与试验曲线进行了比较,结果表明模拟曲线与试验曲线吻合较好,并对其中的变量进行了参数分析。基于Teng J.G et al.提出的迭代分析模型,引入负载水平的影响,对峰值点的应力、应变加以修正,使得该模型对圆形截面的计算结果与试验结果更为接近；引入等效圆的概念,将该模型延伸到可以计算方形截面的轴向应力一应变曲线,并给出了分析模型的计算流程图。通过与本文试验曲线的比较,结果表明模型的计算曲线与试验曲线吻合良好,其中圆形截面的效果优于方形截面。在不同加固历程下,对15个圆形截面试件进行了长期负载的轴压试验研究。试验结果表明：长期荷载作用下,FRP包裹后的构件比未包裹的长期变形小,随负载水平的提高,构件的长期变形增大；长期荷载作用下,构件的长期变形主要发生在前面2个月；在长期负载后,构件的曲线特征并未发生改变；负载水平较低时,长期荷载的作用不明显,对峰值点应力、应变的影响不大；而负载水平较高时,长期荷载的作用才凸显出来,对峰值点应力、应变有削弱的趋势；当负载水平很高时,长期荷载导致了负载构件的承载力降低,变形增大。 根据长期负载试验的研究结果,对目前混凝土和FRP常用的几种计算模型进行了分析和比较,并从中选择了合适的模型作为建立本文模型的基础；然后,对影响FRP约束混凝土长期变形的主要因素进行了分析；最后,针对三种不同模式的FRP约束混凝土,建立了各自的长期变形计算模型和应力-应变全过程曲线。