芳綸纖維布約束混凝土短柱的尺寸效應(yīng)研究與多尺度分析.pdf

1、纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(fiber reinforced polymer,簡(jiǎn)稱(chēng)“FRP”)具有較高的強(qiáng)度質(zhì)量比、優(yōu)良的抗拉力學(xué)性能以及便捷的施工性能等優(yōu)點(diǎn),已被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)的加固工程中。已有研究表明:外包FRP布的約束作用能夠增強(qiáng)混凝土柱的強(qiáng)度、延性及耗能性能等。然而,在現(xiàn)有的相關(guān)研究中,絕大多數(shù)都是基于小尺寸試件展開(kāi),得到的預(yù)測(cè)模型和規(guī)范設(shè)計(jì)公式(包括強(qiáng)度、變形及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)等)均未考慮尺寸效應(yīng)的影響,這可能造成研究中的偏差和

2、設(shè)計(jì)實(shí)踐中的不安全,茲待解決。
　　 混凝土材料的尺寸效應(yīng)一般指:混凝土強(qiáng)度隨試件尺寸增加而減小的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是混凝土破壞過(guò)程中的斷裂能量釋放區(qū)域化及斷裂面分形。因而,用于分析混凝土尺寸效應(yīng)的合理方法應(yīng)能夠較好地表征破壞過(guò)程中的斷裂行為。與此同時(shí),混凝土作為一種多相混和材料,其破壞源于內(nèi)部微觀(guān)結(jié)構(gòu)的失效,所以有必要采用宏、微觀(guān)結(jié)合的多尺度方法來(lái)分析這一破壞過(guò)程。目前,混凝土的多尺度分析還很不充分,處于起步階段,對(duì)

3、于FRP約束混凝土柱的多尺度分析仍是空白。
　　 針對(duì)上述情況,本文圍繞芳綸纖維布(aramid FRP,簡(jiǎn)稱(chēng)“AFRP”)約束混凝土短柱的尺寸效應(yīng),開(kāi)展了試驗(yàn)研究和理論研究。主要工作和取得的成果如下:
　　 1)開(kāi)展了單調(diào)軸壓荷載下AFRP約束混凝土短柱尺寸效應(yīng)的試驗(yàn)研究,試件包括99根AFRP約束混凝土短柱和36根未約束混凝土短柱,分為圓形截面柱和方形截面柱兩種,主要考慮了試件尺寸和AFRP布的約束比等試驗(yàn)因素。試驗(yàn)

4、結(jié)果表明:試件尺寸對(duì)AFRP約束混凝土短柱的強(qiáng)度有顯著影響,對(duì)應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)有部分影響,對(duì)延性和耗能性能無(wú)明顯影響,而對(duì)破壞模式無(wú)影響。
　　 2)采用多因素效應(yīng)的析因分析方法,對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,獲得了AFRP約束混凝土短柱尺寸效應(yīng)的特點(diǎn)。根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,給出了AFRP約束混凝土短柱的強(qiáng)度、變形及應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線(xiàn)的預(yù)測(cè)模型。其中,強(qiáng)度的預(yù)測(cè)模型中考慮了試件尺寸及其與AFRP布約束比的耦合作用,而變形的預(yù)

5、測(cè)模型與試件尺寸無(wú)關(guān)。上述模型的預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。
　　 3)基于材料破壞的微結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論,構(gòu)建了混凝土短柱軸壓破壞的失效模式,推演得到了未約束混凝土短柱和AFRP約束混凝土短柱極限強(qiáng)度的多尺度解析模型,并討論了模型中AFRP約束作用對(duì)極限強(qiáng)度的影響機(jī)理以及該模型的適用范圍。該解析模型能夠考慮柱尺寸對(duì)其極限強(qiáng)度的影響,模型的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合較好。
　　 4)提出了混凝土的分形-微平面模型,能夠在有限元法中