FRP混凝土結(jié)構(gòu)高溫性能及延性研究.pdf

1、纖維增強復合材料(FRP)以其輕質(zhì)高強、耐腐蝕性好、可設(shè)計性強、介電性好等優(yōu)點,在結(jié)構(gòu)領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。然而由于 FRP耐高溫性能差、材料延性差的缺點,嚴重阻礙了FRP在建筑結(jié)構(gòu)體系中的應用。本文以FRP混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性能和抗震性能為研究對象,分別對FRP筋混凝土受彎構(gòu)件的高溫性能和FRP管混凝土/FRP鋼管混凝土構(gòu)件的軸壓性能和延性進行研究,論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　(1)在試驗研究的基礎(chǔ)上，提出了FRP筋高溫

2、拉伸本構(gòu)模型和FRP筋與混凝土的高溫滑移模型。通過進行 GFRP筋在高溫下的拉伸試驗及 GFRP、BFRP筋混凝土在高溫下的拔出試驗,獲得FRP筋抗拉強度、彈性模量、粘結(jié)強度、粘結(jié)滑移曲線隨溫度的變化規(guī)律。根據(jù)材料的熱力學性能,提出以纖維絲軟化/氧化溫度和基體軟化溫度為控制參數(shù)的高溫拉伸本構(gòu)模型;并基于常溫下 FRP與混凝土的CMR和mBEP滑移模型,提出了高溫下 FRP筋與混凝土的滑移本構(gòu)模型,該模型適用于 FRP筋主筋與噴砂層/纏繞

3、層間界面剝離的破壞模式。
　　(2)對GFRP筋混凝土梁的耐火性能進行了試驗研究,考慮了荷載比、保護層厚度、端部錨固方式對梁耐火性能的影響,獲得梁跨中撓度和混凝土截面溫度隨升溫時間的變化規(guī)律。并通過數(shù)值模擬對影響梁耐火性能的參數(shù)進行了分析,指出標準升溫曲線下梁的耐火性能僅由荷載、FRP筋位置、受火時間決定。最后基于鋼筋混凝土耐火設(shè)計方法并結(jié)合 FRP筋混凝土的自身特點,提出基于截面溫度場的耐火設(shè)計方法和基于力學性能的耐火計算方法,

4、給出了不同耐火等級和FRP臨界溫度下的最小保護層厚度,并給出了不同受火時間下構(gòu)件的承載力計算公式。同時指出 FRP筋混凝土梁的耐火設(shè)計需考慮受拉區(qū)混凝土的開裂和FRP筋與混凝土滑移的不利影響。
　　(3)對GFRP管混凝土柱及 GFRP鋼管混凝土組合柱的軸壓性能進行了試驗研究,結(jié)果表明纖維纏繞角度對組合柱軸壓性能影響很大,除±45°纏繞的試件發(fā)生延性破壞外其余試件均發(fā)生纖維絲的脆斷破壞。應用復合材料細觀力學和層合板理論,并結(jié)合 F

5、RP管混凝土柱的軸壓破壞模式,提出了計算±?交叉纏繞 FRP管的環(huán)向抗拉強度的方法;基于 FRP管混凝土柱三向受力狀態(tài)下的彈性階段應力—應變解析表達式,并結(jié)合數(shù)值模擬結(jié)果,推導出考慮纖維纏繞角度影響的FRP管混凝土柱的軸壓極限強度、強化段剛度、極限壓應變的計算公式,得到FRP管混凝土柱和FRP鋼管混凝土柱的軸壓本構(gòu)模型。
　　(4)對GFRP鋼管混凝土柱進行低周往復荷載下的擬靜力試驗研究,結(jié)果表明構(gòu)件在FRP和鋼管的共同約束下延性

6、得到了明顯的改善,構(gòu)件的變形能力和耗能能力得到了明顯的提高。應用有限元軟件對FRP鋼管混凝土構(gòu)件在定軸力下的側(cè)推荷載—位移曲線進行了模擬和參數(shù)分析,給出考慮抗震設(shè)計時組合柱的軸壓比限制值。并基于平衡微分方程,極限狀態(tài)下內(nèi)力分布、塑性狀態(tài)至剛塑性狀態(tài)的轉(zhuǎn)變方程,推導了FRP鋼管混凝土構(gòu)件側(cè)推荷載—位移理論模型,該方法亦可應用至其他材料的約束管混凝土中,用以分析組合柱的延性。
　　本文對FRP筋混凝土梁高溫性能的研究成果和FRP管混凝