FRP约束混凝土的应力-应变关系

通过修正已有文献中提供的约束混凝土体积应变计算模型,并基于受定侧压力作用下混凝土的应力-应变关系模型,采用数值方法,全过程计算了具有被动约束特征的圆形截面纤维增强塑料(FRP)约束混凝土的应力-应变关系.结果表明,无论是对于具有强化特征还是具有软化特征的FRP约束混凝土,计算结果和实验结果及其他文献报道的实验结果均吻合良好.     

基于长短期记忆网络的FRP约束混凝土圆柱循环轴压应力-应变预测模型

纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer, FRP)已被广泛应用于既有混凝土结构的加固改造和新建结构中。FRP约束混凝土柱在地震作用下通常会受到轴压的往复循环作用,研究FRP约束混凝土在循环轴压作用下的应力-应变特性对于FRP在实际工程中的应用具有重要意义。该文提出了一种用于建模循环轴压下FRP约束混凝土柱应力-应变特性的神经网络预测模型,该模型采用长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)单元对循环应力-应变曲线中的滞回特性进行建模,构件的物理参数被有效地集成在网络的输入中。该模型能以端到端的方式进行高效的训练且不依赖任何专家经验。制作了一个包含166个FRP约束普通混凝土柱的循环轴压数据库,在该数据库上对模型的准确性和鲁棒性进行了充分的评估,结果表明测试集平均预测误差仅为0.32 MPa。此外,对网络结构和超参数的影响进行了详细的讨论,结果表明该模型具有出色的预测性能。     

碳纤维套箍约束混凝土的应力--应变关系

介绍了72根碳纤维套箍约束的混凝土圆柱体的轴压试验结果。试验参数包括素混凝土强度、套箍厚度与材料类型。在对试验结果分析的基础上,提出了一个经改进的高强组合材料约束混凝土的本构模型,并对模型的参数进行了分析。     

钢骨约束混凝土的约束机制及其应力-应变模型建立

目前,钢骨混凝土（SRC）柱的试验结果与数值分析结果之间多无法良好吻合;究其原因,在于缺乏对钢骨约束混凝土的约束机制认识及与之相应的钢骨约束混凝土模型的建立。为此,该文在以往钢骨约束混凝土试验基础上,深入研究了带翼缘十字形钢骨对混凝土的约束机制,提出了钢骨对混凝土产生的实际侧向约束应力的简化分布形式,并以此将钢骨约束混凝土划分为钢骨强约束混凝土、钢骨弱约束混凝土和钢骨无约束混凝土。同时,通过计算有效侧向约束应力,确定了各钢骨约束区域可表征钢骨约束作用强弱的混凝土强度提高系数;借鉴经典的Mander模型,通过修正模型关键参数方法以建立各钢骨约束区域混凝土的应力-应变模型。引入该应力-应变模型的有限元分析和试验对比结果表明,该文所提出的钢骨约束混凝土的约束机制和所建立的钢骨约束混凝土应力-应变模型是合理且有效的。     

FRP非均匀约束海水海砂混凝土方柱轴压性能

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)-海水海砂混凝土(SSC)组合结构的应用范围,改善FRP约束海水海砂混凝土柱脆性破坏特性,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非均匀约束海水海砂混凝土方柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明：由于CFRP非均匀约束试件中沿高度方向CFRP厚度并不相等,因而整个破坏过程具有明显的预兆,故脆性行为得到明显改善。相比于相同体积率下的全包裹和条带约束试件,其具有更优越的力学性能,尤其是在净距比较小的情况下。随着外部CFRP条带净距的下降和层数的增加,试件的极限强度和变形能力显著提高。具体而言,由于FRP条带净距的降低导致试件的极限强度增幅在5.4%～18.5%不等,而在净距比固定状态下,当外部条带层数增大1倍后,极限强度与应变的最大增幅分别为15.8%和21.8%。最后基于试验数据,对现有部分代表性应力-应变模型对于非均匀约束混凝土的适用性进行了讨论,并给出了所有模型对于试件极限状态的预测精度与误差大小。     

再生粗骨料混凝土应力-应变关系

再生粗骨料混凝土应力-应变关系是实现其材料到结构力学分析的桥梁纽带,成为再生粗骨料混凝土结构基础理论的基石。介绍了作者团队多年来在再生粗骨料混凝土应力-应变关系方面取得的研究进展：采用模型化再生粗骨料方法,研究了复杂界面过渡区对再生粗骨料混凝土破坏行为的影响,揭示了再生粗骨料混凝土细观损伤本质与演化机理;从静力作用到动力作用,系统地开展了不同工况下再生粗骨料混凝土应力-应变行为试验研究,探明了载荷条件对再生粗骨料混凝土应力与变形的影响规律并建立了相适应的力学与数学模型;进一步考虑再生粗骨料性能时空变异性,发现了再生粗骨料混凝土力学响应的概率分布特征,提出了再生粗骨料混凝土随机损伤本构关系;基于获得的本构模型,完成了再生粗骨料混凝土构件时变可靠度分析和结构动力非线性分析,为再生粗骨料混凝土在实际工程中的安全应用提供了理论支撑;提炼了相关研究结论并对未来研究工作进行了展望。     

基于修正混凝土塑性损伤模型的大应变FRP约束混凝土有限元分析

精确的有限元分析(FEA)依赖于材料的准确定义。通过编写用户子程序UMAT实现了大断裂应变纤维增强聚合物(LRS FRP)在纤维方向上拉伸特性的定义。基于Abaqus中混凝土塑性损伤模型的理论框架,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型用于定义LRS FRP约束混凝土的材料特性。这些改进包括：通过LRS FRP约束混凝土的实验数据校准了与屈服准则相关的参数K;硬化/软化准则与约束刚度相关;流动法则与轴向塑性应变相关。采用修改后的材料模型进行FEA,结果表明：FEA预测的应力-应变曲线与实验结果吻合。基于FEA的结果,讨论了矩形柱截面上应力分布的不均匀性,根据约束效果可分为有效约束区域和弱约束区域,且在约束有效区域上应力分布不均匀性随着截面比(长边/短边)的增加而增加。     

FRP加固轴心受压木柱应力-应变模型

在Tsai-Wu强度准则的基础上,建立了三向受压木柱的屈服准则及随后的屈服面发展方程。根据内力平衡和应变相容的原理,提出了FRP加固木柱轴心受压时的增量应力-应变关系模型。提供了12根CFRP和GFRP环向加固木柱的轴心抗压性能试验数据。计算结果和试验数据比较表明,在达到加固木柱极限抗压强度之前两类结果吻合较好,而之后计算结果明显偏高。试件的工作机理表明,在达到加固木柱极限抗压强度时,环向受拉FRP中的应变很小,远小于其极限抗拉应变。此外,提出了加固木柱与极限抗压强度相对应的环向应变计算公式,并将之用于计算模型程序运算的结束条件。根据Bazan-Buchanan准则,将加固木柱极限抗压强度之后的σ1-ε1曲线简化为下降的直线,与试验结果吻合较好。提出模型可用于进行工程分析和设计。     

传感器测试FRP约束混凝土轴压短柱的核心区应力

提出了一种使用水泥基压电陶瓷传感器测试混凝土轴压短柱应力的新方法。将压电传感器埋入混凝土矩形短柱核心区,测试了纤维增强复合材料约束前后混凝土短柱的轴向动态疲劳载荷,建立了传感器输出信号与混凝土短柱核心区应力之间的数值模型,并将理论计算应力值与由模型推导出的应力值进行对比。结果表明:模型推导应力值与理论计算应力值基本吻合,验证了使用压电传感器测试动态载荷作用下混凝土短柱应力这一新方法的可行性。     

网格箍筋约束混凝土柱轴压受力性能试验研究

为研究使用网格箍筋强度不同、素混凝土轴心抗压强度不同的约束混凝土的轴压受力性能,完成了39个网格箍筋约束混凝土方柱的轴心受压试验。混凝土设计强度等级为C20、C30、C40、C50,箍筋分别选用HRB335、HRB400、HRB500、HRB600钢筋,体积配箍率范围为1.0%～2.2%。试验结果表明：约束混凝土压应力达到峰值时,受压试件的约束箍筋屈服;随着配箍特征值增大,网格箍筋约束混凝土峰值压应力和峰值压应变提高幅度增大,受压应力-应变曲线下降段变缓。根据试验结果,通过回归分析获得了网格箍筋约束混凝土峰值压应力、峰值压应变的计算公式;建立了相应的轴心受压应力-应变模型,与几种具有代表性的箍筋约束混凝土应力-应变模型的对比表明,建立的模型与试验结果吻合较好;提出了约束混凝土极限压应变计算方法。     

武器间接命中条件下FRP约束混凝土抗多次打击能力

在3种约束比下FRP约束混凝土圆柱体试件准静载和快速加载试验的基础上,进行多次打击试验及多次打击后的准静载试验 。结果表明:FRP约束混凝土是一种抗多次打击能力较好的抗压复合材料,经每次打击后的刚度虽逐渐衰减,但有收敛趋势,其残余刚度随约束比ξ及最大应力比η的增加而减小。经受多次打击后的FRP约束混凝土与未经受多次打击的试件相比,其准静载下的初始弹性模量降低,强度基本不变,极限应变提高,其中弱约束混凝土延性提高得尤其显著,强约束混凝土应力-应变曲线中线性强化段的斜率随刚度衰减程度的增加而增加,最终FRP强约束混凝土有变成线弹性材料的趋势,为进一步研究FRP约束混凝土在防护结构中的应用提供条件。      

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压本构关系研究

约束混凝土是克服高强混凝土脆性的重要措施,采用高强箍筋约束能够有效的改善受压构件的力学性能。同时,约束混凝土的本构关系是结构非线性分析的基础,本构关系的选取对计算结果的合理性有显著影响。该文基于多组高强箍筋约束高强混凝土轴压试验数据,提出了改进的约束混凝土本构模型,分析了高强箍筋应力的发挥水平,给出了约束混凝土峰值应力、峰值应变和极限应变的计算公式。计算结果表明建议的本构模型与试验曲线符合较好。该模型可用于高强箍筋约束混凝土构件的非线性分析。     

利用拉氏分析研究冲击载荷下混凝土应力——应变关系

混凝土材料的动态本构关系对冲击载荷作用下的混凝土结构分析很重要.Lagrange分析方法是一种研究材料的动态力学性能特别是本构关系方面的常用方法.利用改进的φ74的直锥变截面Hopkinson压杆作为加载设备,测量在不同位置的应变波形,通过Lagrange分析得到了混凝土材料在冲击加载条件的应力—应变关系,并讨论了混凝土材料的应变率效应和重复加载对材料性能的影响,拓宽了Lagrange分析方法的应用.另外文中还指出利用拉氏方法分析混凝土材料时应该注意的问题.     

高强箍筋约束高强混凝土轴心受压力学性能试验研究

通过31 根高强螺旋箍筋约束高强混凝土方形截面柱的轴心受压试验,对该类型柱的破坏形态、应力-应变关系曲线等进行了研究,分析了箍筋强度、箍筋间距、箍筋形式及截面尺寸对其性能的影响。结果表明：采用高强箍筋约束是防止高强混凝土应力-应变曲线陡然下降的有效措施;箍筋间距较小、强度较高、形式较复杂的约束混凝土试件,其应力-应变曲线的下降段较为平缓,显示出良好的延性性能;体积配箍率对约束混凝土强度和延性提高程度的影响要明显大于箍筋强度,当ρ_v · f_yv相近时,高配箍率低强度箍筋试件的性能要好于低配箍率高强度箍筋试件;约束混凝土达到峰值强度时,高强箍筋并未屈服,其强度的富裕量可保证约束混凝土试件在达到极限破坏状态之前具有良好的延性性能。在该文试验的基础上,结合国内外试验数据,通过回归分析提出了高强箍筋约束高强混凝土峰值强度和极限应变的计算公式。     

纤维增韧轻骨料混凝土单轴受压应力-应变全曲线试验研究

为探究纤维增韧后轻骨料混凝土应力-应变全曲线,完成了不同混凝土强度等级、纤维种类及掺量下的9组棱柱体单轴受压试验,分析了破坏过程和破坏特征,系统研究了各因素对峰值应力、峰值应变和弹性模量的影响,并结合已有研究给出了各曲线特征点计算模型,考虑纤维轻骨料混凝土自身特征,建立了分段式纤维轻骨料混凝土应力-应变全曲线模型。研究表明：轻骨料混凝土破坏特征与普通混凝土显著不同,掺入纤维有效抑制了其内部微裂缝的开展,起到阻裂、增韧的效果,且随混凝土强度等级、纤维种类及掺量变化差异明显;纤维增韧后试件的应力-应变曲线下降段坡度趋于平缓,脆性得到有效改善;建议的应力-应变全曲线模型与试验结果吻合良好,能够准确描述纤维增韧轻骨料混凝土在单轴受压作用下的受力变形特征。     

受侧向约束混凝土的内时损伤本构模型

受侧向约束混凝土结构由于其核心混凝土处于三向受压应力状态,其强度和变形能力有了很大的提高,因此在土木工程得到了广泛的应用。为了更好的描述这一结构形式的强度和变形特征,该文结合Valanis所提出的内时理论和Mazars的损伤理论,建立了一种全新的适用于侧向约束混凝土结构分析的内时损伤本构模型。该模型考虑弹塑性与损伤的耦合,用内时理论来描述混凝土的弹塑性特性,用各向同性损伤理论描述混凝土微裂缝扩展引起的刚度退化,通过与试验结果以及与其他模型的比较证实了模型的正确性和必要性。最后将该本构模型用于对常见的约束混凝土结构,如钢管混凝土和CFRP约束混凝土结构的应力-应变全过程分析中。     

不锈钢母材及其焊缝金属材料单拉本构关系研究

为研究国产双相型S22053和奥氏体S30408不锈钢母材及其焊缝金属材料的单拉本构关系和破坏模式,对4组共12个材性试样进行了单向拉伸试验,并对其破坏截面进行了电镜扫描。基于试验曲线,利用修正的Ramberg-Osgood （R-O）模型对材料本构关系参数进行了拟合,进而对不锈钢母材和焊缝金属的单拉本构关系进行了对比分析。结果表明：不锈钢母材和焊缝金属材料均发生韧性破坏,其本构关系都表现出明显的非线性;焊缝金属材料的屈服强度和极限强度均高于不锈钢母材,而延性低于母材;修正的R-O模型与母材和焊缝金属材料试验曲线吻合良好;在焊缝连接承载力精确分析中,应考虑焊缝金属材料与母材本构关系的差异,分别使用相应的本构关系模型。     

圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱轴压试验研究

CFRP材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀和耐久性好等特点,但在新建建筑中应用CFRP管混凝土柱施工复杂,成本高昂,而采用在薄壁钢管外缠绕CFRP布,用钢管作为CFRP布的施工模板,可大大简化施工过程,且能满足对柱子截面形状的要求,应用前景广阔。该文通过对圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压静力性能进行试验研究,对比并建议了圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压承载力计算方法,可供实际工程设计参考。