椭圆形FRP管混凝土和FRP-混凝土-钢双壁空心组合短柱反复轴压力学性能

摘要

FRP复合材料由于具轻质高强以及优良的耐腐蚀性，在土木工程领域得到了广泛的应用。学者们提出了许多应用FRP材料的组合柱形式，其中，FRP管混凝土柱与FRP-混凝土-钢双壁空心管柱近年来得到了广泛研究。椭圆形截面拥有强轴和弱轴之分，可根据工程需要进行灵活的截面布置，且造型优美多变，为建筑设计提供更多选择。此外，椭圆形截面柱是矩形截面柱的有效优化改善形式。因此，椭圆形FRP管混凝土柱和椭圆形FRP-混凝土-钢双壁空心组合柱在新建结构中将有广阔的应用前景。 为了获得反复轴压下椭圆形FRP管混凝土短柱和椭圆形FRP-混凝土-钢双壁空心组合短柱中约束混凝土的本构模型，本文对其反复轴压力学性能进行了较系统的试验研究和理论分析，主要研究内容如下： （1）对25个椭圆形FRP管混凝土短柱试件的反复轴压性能进行试验研究，研究了截面比、FRP厚度、不同加载方式的影响。研究表明：椭圆截面试件的轴压破坏均以截面长轴顶点附近的FRP断裂为标志；截面比越大，混凝土极限应力与极限应变提高幅度越小；不同的加载方式对试件极限承载力没有明显影响。 （2）将椭圆形FRP管混凝土短柱试件的约束混凝土应力-应变曲线与Teng et al.(2016)椭圆形FRP约束混凝土的单调应力-应变关系模型以及Yu et al.(2015)FRP约束混凝土的反复应力-应变关系模型进行对比。在Teng et al.(2016)模型的基础上，提出了新的椭圆形FRP约束混凝土的单调应力-应变模型，并作为反复应力-应变模型的包络线。约束混凝土的反复应力-应变曲线特征，不受截面比的影响，反复应力-应变模型的其余部分采用Yu et al.(2015)模型，得到椭圆形FRP约束混凝土的反复轴压本构模型。 （3）对25个椭圆形FRP-混凝土-钢双壁空心组合短柱的反复轴压性能进行试验研究，研究了截面比、FRP厚度、不同加载方式的影响。研究表明：椭圆截面试件的轴压破坏均以截面长轴顶点附近的FRP断裂为标志，相同位置处的混凝土和钢管也发生明显破坏；截面比越大，混凝土极限应力与极限应变提高幅度越小；不同的加载方式对试件极限承载力没有明显影响。 （4）在本文椭圆形FRP管混凝土实心短柱单调轴压模型的基础上，提出了椭圆形FRP-混凝土-钢双壁空心组合短柱的单调轴压本构模型。将反复应力-应变曲线与Yu et al.(2015)模型进行了对比，对模型的适用性进行了验证。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 FRP约束混凝土研究现状

1.3 FRP-混凝土-钢双壁空心管柱的研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 椭圆形FRP管混凝土短柱反复轴压力学性能试验研究

2.1 引言

2.2 试验方案

2.2.1 试件设计

2.2.2 试件制作

2.2.3 材料性能

2.3 试验装置与加载

2.3.1 量测与加载装置

2.3.2 加载方案

2.4 试验结果与分析

2.4.1 试验现象

2.4.2 轴向应变

2.4.3 荷载-应变关系

2.4.4 约束混凝土的应力-应变关系

2.5 本章小结

3 椭圆形FRP管混凝土短柱反复轴压本构模型研究

3.1 引言

3.2 现有的面向设计的本构模型

3.2.1Yu et al.(2015)FRP约束混凝土的反复应力-应变关系模型

3.2.2Teng et al.(2016)椭圆形FRP约束混凝土的单调应力-应变关系模型

3.3 试验结果与现有模型对比

3.3.1与Teng et al.(2016)模型的对比

3.3.2与Yu et al.(2015)模型的对比

3.4 本文提出的本构模型与试验结果对比

（1）单调轴压本构模型

（2）反复轴压本构模型

3.5 本章小结

4 椭圆形FRP-混凝土-钢双壁空心组合短柱反复轴压力学性能试验研究

4.1 引言

4.2 试验方案

4.2.1 试件设计

4.2.2 试件制作

4.2.3 材料性能

4.3 试验装置与加载

4.3.1 量测与加载装置

4.3.2 加载方案

4.4 试验结果与分析

4.4.1 试验现象

4.4.2 荷载-应变关系

4.4.3 约束混凝土的应力-应变关系

4.5 本章小结

5 椭圆形FRP-混凝土-钢双壁空心组合短柱反复轴压本构模型研究

5.1 引言

5.2 现有的面向设计本构模型

5.3 本文提出的本构模型

5.4 本章小结

结论

参 考 文 献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢

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