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纤维增强复合材料(FRP)以其轻质高强、耐腐蚀性好、可设计性强、介电性好等优点,在结构领域有着广阔的发展前景。然而由于 FRP耐高温性能差、材料延性差的缺点,严重阻碍了FRP在建筑结构体系中的应用。本文以FRP混凝土结构的耐火性能和抗震性能为研究对象,分别对FRP筋混凝土受弯构件的高温性能和FRP管混凝土/FRP钢管混凝土构件的轴压性能和延性进行研究,论文的主要研究内容和结论如下: (1)在试验研究的基础上,提出了FRP筋高温拉伸本构模型和FRP筋与混凝土的高温滑移模型。通过进行 GFRP筋在高温下的拉伸试验及 GFRP、BFRP筋混凝土在高温下的拔出试验,获得FRP筋抗拉强度、弹性模量、粘结强度、粘结滑移曲线随温度的变化规律。根据材料的热力学性能,提出以纤维丝软化/氧化温度和基体软化温度为控制参数的高温拉伸本构模型;并基于常温下 FRP与混凝土的CMR和mBEP滑移模型,提出了高温下 FRP筋与混凝土的滑移本构模型,该模型适用于 FRP筋主筋与喷砂层/缠绕层间界面剥离的破坏模式。 (2)对GFRP筋混凝土梁的耐火性能进行了试验研究,考虑了荷载比、保护层厚度、端部锚固方式对梁耐火性能的影响,获得梁跨中挠度和混凝土截面温度随升温时间的变化规律。并通过数值模拟对影响梁耐火性能的参数进行了分析,指出标准升温曲线下梁的耐火性能仅由荷载、FRP筋位置、受火时间决定。最后基于钢筋混凝土耐火设计方法并结合 FRP筋混凝土的自身特点,提出基于截面温度场的耐火设计方法和基于力学性能的耐火计算方法,给出了不同耐火等级和FRP临界温度下的最小保护层厚度,并给出了不同受火时间下构件的承载力计算公式。同时指出 FRP筋混凝土梁的耐火设计需考虑受拉区混凝土的开裂和FRP筋与混凝土滑移的不利影响。 (3)对GFRP管混凝土柱及 GFRP钢管混凝土组合柱的轴压性能进行了试验研究,结果表明纤维缠绕角度对组合柱轴压性能影响很大,除±45°缠绕的试件发生延性破坏外其余试件均发生纤维丝的脆断破坏。应用复合材料细观力学和层合板理论,并结合 FRP管混凝土柱的轴压破坏模式,提出了计算±?交叉缠绕 FRP管的环向抗拉强度的方法;基于 FRP管混凝土柱三向受力状态下的弹性阶段应力—应变解析表达式,并结合数值模拟结果,推导出考虑纤维缠绕角度影响的FRP管混凝土柱的轴压极限强度、强化段刚度、极限压应变的计算公式,得到FRP管混凝土柱和FRP钢管混凝土柱的轴压本构模型。 (4)对GFRP钢管混凝土柱进行低周往复荷载下的拟静力试验研究,结果表明构件在FRP和钢管的共同约束下延性得到了明显的改善,构件的变形能力和耗能能力得到了明显的提高。应用有限元软件对FRP钢管混凝土构件在定轴力下的侧推荷载—位移曲线进行了模拟和参数分析,给出考虑抗震设计时组合柱的轴压比限制值。并基于平衡微分方程,极限状态下内力分布、塑性状态至刚塑性状态的转变方程,推导了FRP钢管混凝土构件侧推荷载—位移理论模型,该方法亦可应用至其他材料的约束管混凝土中,用以分析组合柱的延性。 本文对FRP筋混凝土梁高温性能的研究成果和FRP管混凝土/FRP钢管混凝土轴压性能和延性的研究成果,对于推广 FRP材料在建筑结构领域的应用具有较强的理论意义与实用价值。