酸雨侵蚀箍筋约束混凝土本构模型研究

采用人工气候环境模拟技术模拟酸雨环境,对15组箍筋约束混凝土棱柱体试件进行加速腐蚀,进而进行轴压试验,研究了箍筋锈蚀对约束混凝土破坏形态、峰值应力、峰值应变、极限应变和应力-应变曲线形状的影响.基于Mander模型及现有研究成果,确定了未腐蚀试件本构模型峰值应力、峰值应变、极限应变和形状系数等参数的计算公式,并通过对试验结果的回归分析,得到了考虑箍筋锈蚀率影响的形状系数和各特征点参数修正系数拟合公式,最终建立了酸雨侵蚀箍筋约束混凝土本构模型.与试验结果对比发现,采用该模型计算得到的各试件峰值应力、峰值应变、极限应变及应力-应变曲线形状均与试验结果符合较好,表明所建立的本构模型能较为准确地反映遭受酸雨侵蚀箍筋约束混凝土力学性能,可用于该环境下RC结构剩余承载力及抗震性能评估.     

CFRP加固高强混凝土的本构模型研究

利用主动侧限混凝土柱的轴向压缩本构模型,结合多轴应力下的混凝土破坏准则,建立了CFRP加固高强混凝土的轴向压缩本构关系,并与CFRP加固高强混凝土柱的轴心受压试验结果进行对比分析.结果表明:采用理论模型计算的碳纤维布约束高强混凝土的应力-应变曲线与试验曲线吻合较好.     

CFRP中等约束钢筋混凝土方柱反复受压本构模型

为填补FRP约束混凝土滞回本构模型的空白,对边长305mm,高915mm及边长204mm,高612mm两种尺寸的CFRP约束钢筋混凝土方柱,采用500t四棱柱压力试验机进行了单调及反复轴压试验.试验结果表明,大尺寸CFRP约束钢筋混凝土方柱的应力-应变关系曲线存在软化段,CFRP的约束作用为中等约束,且尺寸效应对CFRP的有效约束作用有明显影响;箍筋对单调受压应力-应变曲线形状、极限压应变、反复受压卸载曲线和残余应变影响均较大.基于试验结果提出了考虑钢筋、尺寸效应及CFRP包裹层数等影响参数的CFRP中等约束混凝土方柱的反复受压本构模型.模型由描述包络线的单调受压本构模型、曲线形式的卸载曲线及直线形式的再加载曲线3部分组成,模型预测结果与试验结果吻合较好.     

复合材料管-钢管约束混凝土组合柱的轴压性能

通过纤维增强复合材料(FRP)管-钢管约束混凝土组合柱的轴压试验,分析组合柱的受力特点、破坏形态、本构关系和承载力。结果表明:在荷载作用初期,FRP管的约束作用较小;在荷载作用后期,FRP管的环向应力增长较快,故以FRP管的环向断裂作为承载力极限状态指标。将现有理论计算模型与试验所得受约束混凝土的应力-应变关系进行对比,发现空心构件极限应变的理论计算误差较大,而实心构件吻合较好。最后提出了一种可用于确定实心组合柱极限承载力的简化计算方法,理论计算结果与试验值符合较好。     

FRP管约束超高性能混凝土的试验及理论研究

纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,FRP)管环向约束超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)结构是一种性能优越的新型组合结构形式.对4个无约束对比试件,4种FRP种类、3个纤维布缠绕层数共计36个约束试件进行了轴心受压试验,分析了FRP种类和纤维布层数对约束UHPC试件轴压性能的影响规律.结果显示:FRP约束能够有效提高UHPC试件的强度和极限应变;膨胀比率在加载初期约等于未约束UHPC的泊松比,当FRP充分发挥作用后膨胀比率趋于定值,但大于普通混凝土;峰值应变受约束刚度和FRP管断裂应变的影响较大.将实测应力-应变曲线与目前有代表性的FRP约束混凝土本构模型进行了比较,提出了一种新的FRP管约束UHPC应力-应变关系模型,结果表明新模型能更精确地预测约束试件的极限状态和应力-应变关系.     

多破坏模式和二次受力影响下FRP加固RC梁抗弯承载力

针对实际工程应用中FRP加固RC梁存在多种破坏模式和二次受力影响等关键问题,提出采用能基本表征受压区混凝土实际应力-应变情况的Hognestad本构模型,以考虑受压区混凝土非线性应力变化。推导FRP加固RC梁受压混凝土等效应力和受压区高度各自对应的相关比值,并得出FRP拉断、钢筋屈服前、后受压区混凝土压碎这3种不同破坏模式下的梁正截面极限抗弯承载力计算公式,同时推导加固梁FRP最大、最小加固量的计算公式以定义各破坏模式间的临界状态,并考虑二次受力影响和滞后应变效应。研究结果表明:所推导的公式能有效表征加固梁的不同破坏模式及二次受力效应,所计算的承载力与试验值较吻合,可以用于RC梁加固设计和承载力分析。     

基于纤维模型的RC结构的钢筋本构关系研究

以基于纤维模型的OpenSees软件为平台,首先,选用常用的钢筋本构(Steel01,Steel02)和混凝土本构(Mander,Hoshikuma),对PEER数据库中的两个钢筋混凝土柱的拟静力试验进行了数值建模与对比分析;再采用OpenSees软件中Reinforcing Steel钢筋本构模型,对钢筋单调拉压试验、循环加载试验、疲劳试验以及钢筋混凝土柱拟静力试验进行了模拟与对比分析.结果表明:现有的混凝土本构模型已相对成熟,并能较好地满足非线性数值模拟的精度要求,混凝土本构模型的改变对计算结果的影响不大,而钢筋本构模型的改变则会对分析结果产生较大的影响;Reinforcing Steel模型有效地提高了非线性模拟分析的精度,但也存在着对钢筋滞回曲线捏拢效应体现不足、分析结果偏于保守、计算过程较为复杂且较难收敛等缺点,尚需要对钢筋本构模型进行进一步的改进与完善.     

FRP约束混凝土应力-应变曲线模型研究

总结了国内外关于FRP(Fiber Reinforced Polymer)约束混凝土应力-应变关系的最新研究成果,探讨了各应力-应变曲线模型的优缺点,并进行了模型验证.在试验研究和对已有研究成果对比分析的基础上,建立了新的FRP约束混凝土圆柱体的应力-应变曲线模型,该模型使用轴向、横向和体积应变来衡量约束混凝土的内部损伤,以体现FRP变约束力对被约束混凝土内部损伤的影响,从而使模型简化且具有明确的物理含义.通过与试验曲线比较表明,本文建立的理论模型与试验曲线吻合良好.     

混杂FRP加固腐蚀钢筋混凝土圆柱基于位移性能的抗震设计

采用简化的双线性纤维增强聚合物(FRP)约束混凝土应力-应变曲线模型,对地震荷载作用下的混杂FRP约束完好混凝土圆柱进行了近似的截面延性分析,再从钢筋有效截面面积的减少、钢筋力学性能的降低和钢筋-混凝土黏结界面的弱化三个方面考虑钢筋腐蚀对截面延性的影响,建立了计算混杂FRP加固腐蚀混凝土圆柱潜在塑性铰区延性的简单适用模型,并编写了无需迭代的混杂FRP加固腐蚀混凝土柱基于位移性能的抗震设计程序.     

考虑应变率效应的混凝土疲劳损伤本构模型

基于边界面概念和连续损伤力学理论,建立了由应变控制的混凝土拉、压疲劳损伤本构模型.在此基础上,通过对应变能释放率Perzyna黏性规则化来考虑混凝土的应变率效应,从而获得了可以研究材料静力、动力和疲劳特性的统一混凝土疲劳损伤本构模型,并用C＋＋语言编程对考虑应变率效应的混凝土本构关系和试验实例进行了计算和比较,结果表明该模型能较好地模拟混凝土应变率效应.     

GFRP管以及LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能

进行了18根GFRP约束高强混凝土圆柱和2根LRSFRP约束高强混凝土圆柱的轴压试验,研究了FRP管材料、直径和壁厚等参数对FRP约束高强混凝土圆柱轴压性能的影响。结果表明,GFRP管约束高强混凝土圆柱的轴压性能存在尺寸效应。即环向约束应力大小相同时,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限承载力和极限应变随着试件尺寸的增大而减小。随着GFRP管壁厚的增大,GFRP管约束高强混凝土圆柱的极限压应力和极限压应变相应提高。LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的延性较GFRP管约束高强混凝土圆柱好。最后,研究了现有FRP管约束混凝土的本构模型对GFRP管和LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性。研究发现Teng等人的模型对GFRP约束高强混凝土圆柱的适用性较好。而现有主要FRP管约束混凝土的本构模型对LRSFRP管约束高强混凝土圆柱的适用性较差。     

纤维增强塑料管约束混凝土本构模型试验研究

进行了玻璃纤维增强塑料（GFRP）管约束混凝土本构模型试验．试件分三种类型：GFRP管直接受压；GFRP管不直接受压；GFRP管不直接受压，管内壁涂油脂．试验得到了混凝土纵向及环向应力-应变曲线，GFRP纵向应变和环向应变沿纵向的分布及泊松比曲线．试验可见，GFRP壳体测得的应变可代表核心混凝土的应变．纵向及环向应力-应变曲线可用曲线-线性强化模拟．达到非约束混凝土峰值应力前，三种试件的应力-应变曲线相当接近；GFRP不直接受压试件的第二斜率比直接受压试件的第二斜率大，但极限应力比后者小．核心混凝土达极限状态的标志是环向纤维达到极限拉应变．极限泊松比约为1．0～1．4．GFI蹬壳体与核心混凝土界面间存在粘结应力．     

反复荷载下碳化混凝土力学性能及本构关系研究

为研究碳化对反复荷载下混凝土力学性能及本构关系的影响,本文通过碳化混凝土棱柱体试件单调及反复荷载试验,得到各试件应力应变曲线及骨架曲线,考虑到碳化混凝土构件的截面尺寸效应,从混凝土碳化率的角度对比分析了单调及反复荷载下碳化对试件破坏形态、混凝土强度、弹性模量、峰值应变及极限应变的影响.试验表明:随着反复荷载下碳化混凝土内部损伤的积累,其应力应变曲线下降段比单调荷载下的更为陡峭,破坏较为突然,反复荷载碳化混凝土延性变差;反复荷载下随着碳化率的增加,混凝土碳化后的峰值应变有所降低,但变化不大;而峰值应力均有所提高,极限应变均有所降低.根据试验结果引入与碳化率相关的下降段参数修正系数建立了碳化混凝土反复荷载作用下应力-应变本构关系,通过与试验对比分析表明本文确定的本构关系与试验结果较为吻合.     

FRP板长度对混凝土加固梁破坏过程的影响

用数值试验方法分析了破坏过程中FRP板中的应力传递过程,即从FRP承担拉应力起,到应力增大直至最后失去承载力.通过对粘贴不同FRP板长度对于加固后结构的力学性能的影响的分析,可以看出FRP板的长度直接影响结构破坏时的极限应变.在适当的范围内,FRP板的加固长度越大,梁的极限应变和梁的韧性越大,FRP板中承担的拉应力和外荷载位移越大,混凝土梁破坏时底部产生的裂缝越多;FRP板越短,越容易产生剥离破坏.     

钢绞线锚具空间受力与锚固特性研究

为研究钢绞线锚具的空间受力特征及锚具应力与钢绞线轴向张力之间影响规律。采用ABAQUS有限元软件建立锚具-钢绞线仿真计算模型,考虑夹片与锚具之间的微滑移及不同摩擦系数影响,分析不同钢绞线张力作用下锚具空间应力分布特征及轴向、环向应变变化规律,并通过锚固张拉试验实测锚具的应变分布。结果表明:钢绞线受夹片横向挤压作用而在锚下位置表现出复杂三向受力状态,计算Mises应力远高于非锚固区域;夹片与锚具接触界面的摩擦系数对锚具应变有明显影响,摩擦系数为0.04时产生的环向和轴向应变均小于摩擦系数为0.01和0.02;锚具应力与钢绞线轴向张力符合单调映射关系,但并不完全吻合线性变化规律,实测锚具对称测点位置处的应力亦难以保证完全一致。     

先张后粘FRP的钢筋混凝土构件抗弯能力分析

针对钢筋混凝土结构外贴FRP进行加固时，FRP材料利用率较低的情况，采用对FRP先张拉再粘贴的办法，以提高构件使用阶段的性能、极限承载力和FRP强度利用率。在试验研究基础上，研究先张后粘FRP加固钢筋混凝土受弯构件的各种破坏类型、加固构件有效预应力、消压弯矩和开裂弯矩的计算方法；分析预应力FRP-RC复合截面多种可能的受弯极限应变组合状态，由界限破坏得出界限配纤率和界限弯矩；根据混凝土最大压应变得出FRP拉断相应的不同极限承我力表达式和混凝土压碎破坏时的极限承载力公式。研究结果表明，试验梁极限荷载计算值与实测值较吻合；所得出的抗弯分析方法和计算公式可供内嵌预应力FRP加固设计参考。     

FRP管-混凝土-钢管组合短柱轴压性能试验及有限元分析

为了研究FRP管-混凝土-钢管组合短柱的轴压性能,进行了3个实心组合短柱的轴压试验.基于非线性有限元分析软件ANSYS,通过选择合适的单元类型以及材料的本构关系,对实心组合短柱进行了数值仿真分析,并与试验结果进行对比,证明了所采用的非线性有限元分析模型可以较好地模拟实心组合短柱的受力过程.结合已建立的有限元模型,开展了参数的敏感性分析,探讨了FRP管厚度、钢管厚度和强度、核心混凝土强度等参数对实心组合短柱轴压性能的影响.模拟结果表明:FRP管厚度对实心组合短柱的轴压性能有显著影响,钢管厚度和强度对实心组合短柱的影响规律较相似,对第二线性阶段斜率均无影响,其中钢管厚度对实心组合短柱的初始刚度略有影响,核心混凝土强度变化对极限承载力有较大影响.     

硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压模拟

本文基于硫酸盐腐蚀混凝土单轴受压试验结果，通过对《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中无腐蚀混凝土单轴压应力-应变关系中的混凝土损伤演化参数进行修正，建立了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压本构模型。采用修正后的本构模型，以及ABAQUS软件自带的损伤塑性模型，考虑损伤因子的影响，较好地模拟了硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土的单轴受压行为。有限元模拟结果表明：随着硫酸盐干湿循环次数和冻融循环次数的增大，混凝土最大受压损伤因子逐渐增大，损伤范围也逐渐扩大；最大主拉应力逐渐减小，中部压应力逐渐增大，等效塑性应变逐渐增大，混凝土破坏更严重;破坏均属于最大拉应变强度破坏。所提有限元模型可动态反映参数变化过程中混凝土的应力发展与损伤状态，可应用于硫酸盐、干湿循环和冻融循环耦合作用下混凝土单轴受压的模拟。