FRP约束混凝土柱轴压本构关系及抗震性能

论文摘要

近年来,纤维增强复合材料（Fiber reinforced polymer/plastics, FRP）凭借其高强度、耐腐蚀、轻质、施工简便等优点,已经在土木工程领域广泛应用,尤其在柱的抗震加固方面。目前,国内外关于FRP约束混凝土的研究工作已开展较多,但仍处于逐步完善的阶段,且理论研究的深度及广度还远滞后于实际的工程应用。为进一步发展FRP约束混凝土的相关理论,在收集并分析了近几十年来国内外关于FRP约束混凝土试验及理论研究的基础上,提出了与大多数试验结果吻合良好的FRP约束混凝土本构模型;进而对FRP约束钢筋混凝土柱构件在单调及往复水平荷载作用下的抗震性能进行了较为深入的研究和分析,主要研究内容如下:1.采用八面体强度准则对FRP约束混凝土的峰值应力进行了回归分析,得到了基于大量试验数据且物理意义更加明确的FRP约束混凝土圆柱及方柱的峰值应力计算公式;对FRP约束混凝土峰值应变和侧向约束强度关系进行了研究,得到了FRP约束混凝土圆柱和方柱的峰值应变计算模型;对试验应力应变关系曲线全过程的纵向-环向应变关系进行了研究,得到了相应的纵向-环向应变关系模型,采用Mander提出的混凝土主动约束应力应变方程,全过程计算了FRP约束混凝土应力-应变关系曲线,得到了FRP约束混凝土本构关系模型。本文模型的计算结果和试验结果吻合良好,由于峰值点应力和应变等参数是基于大量试验数据得到的,因此本文模型适用范围更广、精度较高;2.基于得到的FRP约束混凝土应力应变本构模型,分别采用Fortran及OpenSees编制了FRP约束混凝土柱压弯构件在单调水平荷载作用下的非线性全过程分析程序,并将两种数值计算结果和已有试验结果进行比较。结果表明,OpenSees程序得到的荷载-挠度曲线和试验结果吻合更好,精度更高。在此基础上,采用OpenSees程序进一步探讨了轴压比、混凝土强度等级、FRP包裹长度、包裹层数等参数对约束钢筋混凝土圆柱及方柱单调水平荷载作用下荷载-挠度关系的影响规律;3.采用OpenSees程序实现了FRP约束混凝土柱压弯构件滞回性能的数值模拟,理论分析与试验结果吻合较好。在此基础上,进一步探讨了轴压比、FRP包裹长度、FRP包裹层数等参数FRP约束钢筋混凝土圆柱和方柱滞回性能的影响规律;结合非线性全过程分析结果,得到了轴压比等参数对FRP约束混凝土柱抗震性能的影响规律,给出了FRP约束混凝土柱的界限轴压比限值,提出了合理的FRP包裹长度和包裹层数等。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 FRP在土木工程中的应用
• 1.3 FRP约束混凝土国内外研究现状
• 1.3.1 FRP约束混凝土本构关系
• 1.3.2 FRP约束混凝土柱抗震性能研究
• 1.4 本文主要技术路线
• 第2章 FRP约束混凝土本构关系分析模型
• 2.1 引言
• 2.2 典型模型介绍
• 2.2.1 设计模型
• 2.2.2 分析模型
• 2.3 本文模型提出
• 2.3.1 峰值点应力
• 2.3.2 峰值点应变
• 2.3.3 主动约束模型
• 2.3.4 轴向-环向应变关系（割线泊松比υ）
• 2.3.5 FRP约束混凝土应力-应变关系数值计算步骤
• 2.3.6 计算结果与试验结果比较验证
• 2.3.7 本文模型和其他模型的比较
• 2.4 本章小结
• 第3章 FRP约束混凝土柱非线性全过程分析
• 3.1 引言
• 3.2 数值模型介绍
• 3.3 基于FORTRAN程序的非线性分析
• 3.3.1 材料本构关系
• 3.3.2 程序编制
• 3.4 基于OpenSees程序的非线性分析
• 3.4.1 模型建立
• 3.5 计算结果和试验结果的比较验证
• 3.6 FRP约束混凝土柱抗震性能参数影响分析
• 3.6.1 FRP约束钢筋混凝土圆柱非线性全过程参数影响分析
• 3.6.2 FRP约束混凝土方柱抗震性能参数影响分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 FRP约束混凝土柱滞回性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 重复荷载下材料的应力-应变关系模型
• 4.2.1 钢筋的本构关系
• 4.2.2 混凝土的本构关系
• 4.3 滞回分析数值计算结果和试验结果的比较
• 4.4 参数分析
• 4.4.1 FRP约束混凝土圆柱
• 4.4.2 FRP约束钢筋混凝土方柱
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 FRP约束混凝土圆形截面本构关系详细试验数据
• 附录2 FRP约束混凝土方形截面本构关系详细试验数据
• 附录3 FRP约束混凝土柱OpenSees分析程序
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢