纤维布约束混凝土矩形柱的拐角效应分析及试验研究

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由于自然因素影响和人为因素的原因,现有的很多基础结构、设施,都急待进行加固和修复。FRP轻质高强的特性,使其在土木工程加固领域中异军突起,有着非常明显的优势。本文的主要内容是FRP加固钢筋混凝土柱即FRP约束混凝土的拐角效应和应力应变分布,通过分析,给出考虑混凝土柱拐角效应的承载力建议公式。本文就FRP在土木工程中的应用结构形式以及其独特的优良性能进行阐述,描述了研究FRP约束钢筋混凝土柱的意义。陈述了FRP约束圆形、方形、矩形截面的混凝土柱体的应力、应变及相关参数模型研究的国内外动态,并对到目前为止关于这方面的研究成果进行了总结,并指出存在的问题。根据FRP约束混凝土常采用的常规三轴受压强度模型形式,将现有矩形柱截面形状(倒角)对抗压强度影响的分析模型归纳为三种,即:倒角半径模型、有效约束面积模型、等效约束应力模型。在分析比较这三种模型的特点和不足的基础上,本文提出了等效圆柱直径模型的概念,即根据环压应力等效的原则,等代出对应的圆柱直径。此模型力学概念清楚,计算公式简洁。本文对轴心和偏心两种受力状态进行有限元仿真,研究FRP布和混凝土沿柱截面的应变分布趋势,和拐角曲率半径对应变分布的影响。分别模拟了无滑移和无粘结工况,通过比较这两种极限状态来考虑介于这两种工况中的实际工况。在基本假设的前提下,从横向约束应力的主要参数(即倒角半径对f frp和D这两个参数的影响)着手来考虑拐角效应的影响,从倒角半径以及矩形截面的宽长比两方面考虑对极限承载力的影响,建立了FRP约束带倒角矩形截面混凝土柱的承载力计算公式,本文对CFRP约束带倒角矩形柱的轴心和偏心受压进行试验,通过试验结果和理论的应变分布及承载力数值的对比分析,表明建立的有限元模型可以很好的模拟应变分布情况。另外,本文还整理了近年来143个圆柱、65个方柱以及36个矩形柱的试验数据,与本文建议公式的理论结果进行分析比较,理论结果与现有实验数据间的误差多在-10%~10%之间,表明本文建议公式有对工程实践有一定的参考价值。
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