FRP强约束混凝土配筋中长柱承载性能的研究

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本文通过长细比L/b为4.5~17.5截面经圆弧化处理、外包FRP纤维后的矩形截面的10根钢筋混凝土柱的轴心受压试验,研究了长细比对承载力的影响.论文在分析了FRP约束混凝土中长柱破坏过程后指出,柱的初始缺陷和失稳导致柱最终呈偏压构件承载力不足而破坏.试验结果表明:长细比对FRP约束混凝土柱的稳定承载力影响远比螺旋配筋柱和普通钢筋混凝土柱严重,其原因在于用FRP包裹缠绕来约束混凝土,对混凝土强度有较大幅度的提高,而对于刚度的提高非常有限,强度的提高幅度远大于刚度的提高幅度,从而FRP约束混凝土柱的稳定系数相对要小一些.但当长细比不大于17.5时,其承载力仍比未包裹柱高20%(约束比ξ=0.198)以上,说明FRP仍然有效.本文还根据稳定理论,推出理想的FRP强约束混凝土柱中心受压下的长细比与临界应力关系存在三个阶段,并依据切线模量理论和双模量理论推导出了各个阶段长细比限值的范围.计算出了临界力与长细比的关系曲线,并与试验曲线进行了对比,初步分析了二者之间差距产生的原因,认为应用现有的稳定理论来研究FRP强约束混凝土中长柱的承载力尚有一定困难.本文根据FRP强约束混凝土配筋柱的试验结果,通过合理的选择分析模型、FRP强约束混凝土柱的本构关系、破坏准则、初始缺陷设置等,用有限元方法对该类柱的受力特性进行了非线性分析,获得了良好的成果,并在此基础上进行了扩大参数分析,分析了约束比ξ、配筋率等因素对稳定系数ψ的影响.分析结果表明:对于同一长细比的中长柱,柱的截面形状和约束比ξ是影响稳定系数取值的主要因素,柱纵筋配筋率影响不大;在同一长细比下,FRP对混凝土柱的约束能力越强,其稳定系数越小,其根本原因同样在于用FRP包裹缠绕来约束混凝土,只能提高混凝土强度而不能提高其刚度.论文最后根据试验及有限元分析的结果,拟合出了稳定系数的计算公式,可供工程应用参考.
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