轴向及侧向荷载下FRP加固钢筋混凝土柱的优化应力—应变分析模型

发布时间：2020-08-20 16:10

【摘要】：外贴纤维增强复合材料(FRP)加固方法可显著提升既有劣化的梁、板、柱、墙等结构构件的抗弯、抗剪承载力和延性,因而成为了受到广泛认可的混凝土结构加固方法。此外,FRP材料也具有良好的力学和理化性能,如轻质高强,耐疲劳,耐腐蚀,无磁,不导电等。在此领域,如何精确预测FRP外包加固钢筋混凝土(FRP-RC)柱的侧向响应是学者们重点关注的议题。为此,本文研究了在轴向压力和侧向往复荷载作用下FRP-RC柱的高精度性能模拟,并基于已有抗震设计规范给定的延性需求,建立了FRP加固既有柱的精细化设计方法。为达到这一目标,本文首先在第二章归纳整合了来自约130篇文献的已有FRP外包混凝土的应力-应变模型,其中110个圆截面柱模型,40个非圆截面柱模型,并分别按照模型类别(面向设计/面向分析)、应力-应变曲线形状和数学模型类型进行分类。随后,从已有研究中提取了14组面向设计的应力-应变模型,检验了其对于9组混凝土圆柱试件在往复荷载下侧向响应的预测精度。测试数据的混凝土圆柱外表面包裹有FRP型材,并作用有恒定轴向荷载和侧向往复荷载。将各组应力-应变模型作为单轴材料参数输入到Opensees软件中,数值分析结果表明这些面向设计的应力-应变模型可用于预测FRP-RC柱的总体往复荷载效应,但不能准确反映压弯构件在受压区的局部应力-应变状态。柱的轴压比越高,其数值拟合极限侧向位移和试验结果比值越小,因而预测的破坏模式无法完全符合试验结果(见第三章)。借鉴已有预测FRP包裹混凝土应力-应变性能的研究模型,本文提出了一种基于侧向约束刚度的FRP外包加固混凝土柱应力-应变模型,从而模拟FRP-RC柱在轴向和侧向荷载下的侧向响应。采用新模型和其他五种已有模型对8组FRP-RC圆柱在轴向和侧向荷载下的地震响应进行了对比研究。结果表明,各模型均不能准确描述试件的侧向位移。在此基础上,修正的新模型考虑了新的关键参数(偏心比),这一参数对于RC柱在压弯作用下的地震响应有着极其重要的影响。最后,修正模型对于另外3组试件的拟合结果显现出与试验结果良好的一致性。这一模型和相应结果见第四章。第五章对于已有非圆截面柱的研究进行了整合评价,并选取了9种代表性模型来评价检测其对于7组方形/矩形截面RC柱试件在轴向和侧向荷载下的往复位移响应的预测精度。结果表明选取的模型不能预测试件的破坏模式和极限变形,其原因在于这些模型没有考虑到偏心比对于压弯构件局部性能的显著影响。针对这一问题,为了精确预测FRP-RC柱在轴向和侧向荷载下的侧向响应,本文提出了一种考虑偏心、面向设计而偏于安全的模型,并建立了相应的软件程序用于进行构件设计。这一软件通过用户交互界面(GUI)简化了关于构件细节和输出结果(弯曲-曲率、荷载-变形或两者)的定义。有关FRP-RC柱设计的结果见第六章。本文最后对于研究结果进行了概括总结,并对后续研究工作提出了思路。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU375.3


本文编号：2798173