混杂FRP约束混凝土圆柱体力学性能试验及理论研究

摘要

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、施工方便等优点,在土木工程中已得到大量应用。但单一FRP变形能力不足,所加固结构的延性差制约了FRP的广泛应用。混杂FRP(HFRP)是解决该问题的有效途径,HFRP能够充分发挥不同纤维的优势,扬长避短,优化FRP的综合力学性能。 本文通过HFRP约束混凝土圆柱体轴心受压的试验研究,对新型纤维材料在FRP中的应用、HFRP约束混凝土圆柱体的力学性能及应力-应变模型进行了研究和分析。 首先总结了国内外典型的FRP约束混凝土应力一应变模型,并结合收集的试验数据对典型模型进行了比较分析；应力一应变模型的影响参数主要有三个：混凝土强度、FRP强度和FRP的刚度,对其参数的分析为建立理论分析模型奠定了基础。 本文首次采用玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)和聚乙烯纤维增强复合材料(PEFRP)加固混凝土圆柱体,试验研究了其约束混凝土圆柱体的力学性能,研究表明玄武岩纤维布和聚乙烯纤维布与树脂基体粘结良好,具有良好的增韧约束效应且价格低,是新型的FRP材料。 本文采用碳纤维布、芳纶纤维布、玻璃纤维布、聚乙烯纤维布和玄武岩纤维布混杂约束混凝土圆柱体,通过其轴压力学性能的试验研究,重点分析了HFRP约束混凝土圆柱体的破坏形态、承载力、应力-应变全曲线特征、变形性能及混杂纤维的优化匹配关系。 现有的约束混凝土应力-应变模型都是基于单一FRP建立的,对HFRP的适用性较差,本文基于试验数据,采用回归分析的方法建立HFRP约束混凝土圆柱体的强度模型和应力-应变设计模型。通过与现有模型的比较,回归模型与试验数据吻合良好,可供工程设计人员实际应用时参考。 本文从约束混凝土体积应变的变化规律出发,利用HFRP约束混凝土的割线模量建立HFRP约束混凝土圆柱体的应力-应变分析模型。该分析模型各转折点物理含义明确,与试验曲线吻合良好,适用于单一FRP和HFRP约束混凝土圆柱体。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1课题的研究背景

1.2混凝土结构加固技术综述

1.3 FRP在土木工程结构中的应用

1.3.1 FRP在土木工程结构中的应用

1.3.2 FRP的种类和性能

1.4混杂FRP的优越性

1.4.1单—FRP的局限性

1.4.2 HFRP的优越性

1.5 FRP约束混凝土柱研究现状

1.5.1 FRP约束混凝土柱的试验研究

1.5.2 FRP约束混凝土柱的应力—应变模型

1.5.3 HFRP复合材料混杂效应

1.5.4 HFRP约束混凝土柱研究现状

1.5.5 PEFRP、BFRP的应用研究现状

1.6课题的研究内容

第2章FRP约束混凝土已有模型的比较研究及参数分析

2.1前言

2.2已有模型概述

2.3已有模型的比较分析

2.3.1应力—应变模型

2.3.2峰值应力模型

2.4参数分析

2.4.1混凝土的强度

2.4.2 FRP强度

2.4.3侧向约束刚度

2.5本章小结

第3章HFRP约束混凝土圆柱体力学性能的试验研究

3.1前言

3.2试验概况

3.2.1试验设计

3.2.2材料力学性能

3.2.3试验方法及测试内容

3.3试验结果及分析

3.3.1试件破坏特征

3.3.2承载力

3.3.3应力—应变全曲线

3.3.4变形性能

3.4 HFRP的优化匹配

3.5本章小节

第4章基于回归分析的HFRP约束混凝土应力-应变模型

4.1研究概况

4.1.1借鉴钢约束混凝土模型

4.1.2 FRP约束混凝土的试验研究及相关回归分析模型

4.1.3基于数值迭代分析模型和有限元分析

4.2 HFRP约束圆柱体抗压强度的回归分析

4.2.1 HFRP弹性模量

4.2.2 HFRP侧向约束应力

4.2.3已有模型与试验数据的对比

4.2.4 HFRP约束圆柱体抗压强度的回归分析

4.3 HFRP约束圆柱体峰值应变的回归分析

4.4 HFRP约束圆柱体应力—应变模型的回归分析

4.4.1模型思路

4.4.2模型建立

4.4.3模型验证

4.5本章小节

第5章HFRP约束混凝土圆柱体应力—应变模型的理论研究

5.1前言

5.2模型思路

5.3模型建立

5.3.1线弹性阶段

5.3.2过渡阶段

5.3.3线性强化阶段

5.4模型评价

5.5本章小节

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文及参与科研项目

致谢