FRP管约束超高性能混凝土轴压性能试验研究与理论分析

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超高性能混凝土是是一种混凝土领域的前沿替代产品,其优化的微观结构使混凝土的材料性能有较大提高,在抗压抗拉强度、延性,韧性、断裂能,变形能力,耐久性方面,超高性能混凝土均有优异表现。目前,国内外学者对其材料性能方面进行了广泛而深入的研究。未掺加纤维的UHPC材料虽然强度高,但是脆性很大,作为结构构件,其延性和抗震性能比较差,在高应力或复杂应力状态下,容易发生爆裂式脆性破坏。近年来,随着FRP管约束混凝土技术及理论的逐渐成熟,FRP管在工程中有了越来越多的应用,然而FRP管约束理论及应用主要以普通混凝土为主,对超高性能混凝土的研究很少。因此本文针对此研究空白,采用FRP管约束混凝土的理论为基础,对FRP管约束超高性能混凝土的轴压性能进行了研究,主要完成了以下工作:  (1)对超高性能混凝土的材料性能,研究及工程应用现状的发展和研究应用进行了简要介绍,总结了超高性能混凝土材料在工程应用中的优势和不足,回顾和总结了国内外FRP研究的最新研究成果,并结合收集的试验数据,对FRP约束混凝土的受力机理进行了理论分析,为建立理论分析模型奠定了基础;  (2)对FRP约束混凝土圆柱体模型进行了系统总结和分类,研究分析了各种应力-应变模型的基本假定、曲线形式以及影响曲线形式的因素,探讨了混凝土强度,FRP强度和约束刚度对曲线形状的影响;  (3)对FRP管约束超高性能混凝土试件进行了轴心受压试验。共设计了12组,共计36根FRP管约束UHPC试件,综合考虑了纤维种类和层数等因素的影响,观察试件的破坏特征,测量试件在轴向压力下的径向、竖向应变、峰值应变和峰值荷载;  (4)试验结果显示FRP管约束超高性能混凝土的强度和峰值应变均有较大提高,所有试件在破坏时,都是在试件高度中部附近的FRP管拉断,结果显示这种提高源于超高性能混凝土具有比高强混凝土更好的变形扩展性能,为超高性能混凝土的工程应用开辟了新思路;  (5)将试验结果与已有的应力-应变模型进行对比,结果显示已有模型在预测其应力-应变曲线时都存在偏差;针对该新型组合结构的特点,建立了能够适用于该组合结构的应力-应变关系模型,极限强度模型和极限应变模型,结果显示该模型形式简单,实用性好,能较好的预测FRP管约束UHPC材料的试验现象,有利于FRP约束超高性能混凝土在实际工程中的推广应用。  (6)采用有限元分析软件ABAQUS,建立了FRP约束混凝土的有限元模型,研究了在不同约束刚度和约束强度条件下,FRP约束混凝土的试验性能,结果显示采用有限元方法能够较好的模拟FRP约束混凝土的力学性能,表明FRP约束超高性能混凝土能够采用有限元的方法进行研究。
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