大尺寸CFRP约束混凝土方柱的轴心抗压试验研究

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纤维增强塑料(FRP)因其优异的材料性能、施工简便、耐腐蚀性好等特性在混凝土结构加固及改造方面得到越来越广泛的应用。但就目前而言,基础性的研究工作还不充足,特别是对于大尺寸FRP约束混凝土方形截面柱的试验研究很少也不系统,是目前研究的盲区,制约了FRP约束混凝土的发展和应用。本次试验基于对7种不同倒角半径的大尺寸CFRP约束混凝土方柱的轴心抗压试验,获取了各组试件的破坏模式、抗压强度、应力-应变曲线、外包CFRP应变分布等基本力学性能,并与已有小尺寸试件的试验结果进行了比较和分析。研究结果表明:试件的抗压强度随倒角半径比的增大而增大,但外包CFRP对直角试件几乎无增强作用;所有试件的破坏都由外包CFRP的拉断导致,断裂位置均位于倒角范围内,应力集中现象明显;约束效应比MCR可以较好的反映尺寸效应对CFRP约束试件的抗压强度影响,试件尺寸的增大显著降低CFRP的约束效应;外包CFRP的极限应变低于其材性试验结果的35%以上,明显大于对应的小试件试验结果;已有FRP约束混凝土方柱的强度模型对本试验的抗压强度的预测,与实测结果差异显著,有必要考虑尺寸效应的影响;收集整理国内外已有的试验数据,归纳现有的比较具有代表性的FRP约束混凝土方柱强度模型,通过误差平方和为指标对现有强度模型进行评价,在已有的研究基础上,对FRP约束混凝土矩形柱强度模型进行修正,得到较好的结果。此外本文还确定FRP约束混凝土方柱的材料本构、单元类型等,运用ANSYS程序计算不同影响参数下的FRP约束混凝土方柱的极限承载力,将试验结果与计算结果进行对比分析,发现吻合程度较好,说明有限元模型选取的合理可以较好的预测纤维约束混凝土方柱的受力性能,同时利用有限元分析外包层数、纤维布种类对约束效应的影响,这对减少试验量,获取更多有益数据等有重要意义。
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