CFRP帶載約束加固混凝土圓柱軸壓力學(xué)性能數(shù)值仿真.pdf

1、FRP(fiber reinforced polymer)具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐疲勞、耐腐蝕及耐久性好、施工便利等優(yōu)點(diǎn)，因而被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的修復(fù)與加固實(shí)踐中，F(xiàn)RP加固混凝土柱除了可以提高混凝土柱的強(qiáng)度之外，還可以大幅度提高其變形能力。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)FRP約束混凝土柱進(jìn)行了大量的試驗(yàn)及理論分析，提出了一些比較成熟的力學(xué)計(jì)算模型。但這些研究多數(shù)考慮的是未帶載的約束加固情況，實(shí)際結(jié)構(gòu)的加固基本上在一定帶載應(yīng)力水平下進(jìn)行的，這種加載路徑

2、的變化對(duì)FRP實(shí)際的約束效果有影響，在有些情況下這種影響可能是顯著的。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題的研究近些年才剛起步，對(duì)一些重要影響參數(shù)的研究還不夠深入，在有些具體細(xì)節(jié)的認(rèn)識(shí)上還存在較大差異。Elwi和Murray針對(duì)三維軸對(duì)稱情況提出了混凝土非線性彈性本構(gòu)增量模型，被廣泛采用。所以本文采用該模型，結(jié)合CFRP(carbon fiber reinforced polymer laminate)片材未帶載約束及帶載約束混凝土圓柱的縱向應(yīng)變與橫向應(yīng)變關(guān)系

3、(即膨脹比模型)對(duì)CFRP未帶載約束及帶載約束加固混凝土圓柱軸壓力學(xué)性能進(jìn)行數(shù)值仿真。
　　 對(duì)未帶載情況下CFRP約束混凝土圓柱軸壓力學(xué)性能進(jìn)行數(shù)值仿真，編制CFRP約束混凝土圓柱軸壓力學(xué)性能分析程序，并與相關(guān)CFRP約束混凝土圓柱試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)對(duì)比分析驗(yàn)證分析方法及程序的合理性與正確性。通過(guò)參數(shù)分析，建立CFRP約束混凝土極限抗壓強(qiáng)度的計(jì)算模型。進(jìn)而在此基礎(chǔ)上對(duì)CFRP帶載約束加固素混凝土圓柱及鋼筋混凝土圓柱的軸壓力

4、學(xué)性能進(jìn)行數(shù)值仿真，并將預(yù)測(cè)結(jié)果與相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比。然后進(jìn)行主要的影響參數(shù)分析，包括帶載應(yīng)力水平、極限約束比、CFRP層數(shù)、CFRP彈性模量、混凝土強(qiáng)度體積配箍率及縱筋配筋率等。結(jié)果表明，當(dāng)極限約束比較小時(shí)，帶載應(yīng)力水平對(duì)加固后承載力影響明顯，帶載應(yīng)力水平越大，加固后承載力越低;當(dāng)極限約束比較大時(shí)，帶載應(yīng)力水平對(duì)加固效果影響不明顯，但帶載應(yīng)力水平超過(guò)一定值時(shí)仍有降低的現(xiàn)象；CFRP帶載約束加固混凝土的強(qiáng)度提高幅度隨CFRP層數(shù)、CFRP

5、彈性模量的增加而增大；CFRP帶載約束加固鋼筋混凝土柱承載力與縱筋配筋率及體積配箍率近似呈線性關(guān)系。建立帶載應(yīng)力水平對(duì)CFRP帶載加固素混凝土和鋼筋混凝土柱承載力影響因子的計(jì)算公式，通過(guò)對(duì)比得出箍筋的存在降低了帶載應(yīng)力水平對(duì)帶載加固柱承載力的影響。
　　 在實(shí)際工程中，加固前柱大都已經(jīng)承受長(zhǎng)期的荷載作用，因而需要考慮長(zhǎng)期荷載作用對(duì)CFRP帶載加固混凝土柱的影響。在前述研究的基礎(chǔ)上結(jié)合混凝土收縮、徐變預(yù)測(cè)模型、混凝土強(qiáng)度時(shí)變模型及

6、混凝土損傷模型對(duì)CFRP帶載加固長(zhǎng)期荷載作用后混凝土柱進(jìn)行數(shù)值仿真?？疾旎炷潦湛s、徐變、強(qiáng)度時(shí)變及損傷對(duì)CFRP帶載加固混凝土柱的影響。分析表明，對(duì)混凝土柱進(jìn)行短期加固的效果要比長(zhǎng)期荷載作用后進(jìn)行加載的效果要好;帶載應(yīng)力水平對(duì)加固效果影響顯著，帶載應(yīng)力水平越大，CFRP帶載加固混凝土柱承載力就越低；外界環(huán)境相對(duì)濕度的對(duì)CFRP帶載加固混凝土柱加固效果影響明顯；CFRP帶載加固混凝土柱承載力隨加固前荷載持續(xù)時(shí)間先是迅速減小而后進(jìn)入平穩(wěn)段