FRP管约束UHPC圆柱轴压受力性能研究

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纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer,以下简称FRP)管约束超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,以下简称UHPC)结构是目前较为广泛使用的具有优越性能的新型组合结构形式.纤维增强超高性能混凝土由于自身组分和内部结构的特殊性,受压时横向变形性能较好,因此FRP约束UHPC柱可显著改善其变形性能和强度等。本文首先进行了UHPC配合比的试验研究和探索,然后进行GFRP管约束UHPC圆柱试验,并且进行了GFRP管约束UHPC圆柱轴压受力性能研究,并给出了一些实际工程设计中的一些意见。主要内容和结论如下:(1)UHPC的配合比研究。在总结UHPC配合比的理论基础上,再根据反复的试验研究和数据对比,通过调整基础配合比参数,系统地研究了养护制度、水胶比、砂胶比、消泡剂、硅灰以及石英粉掺量等对UHPC性能的影响。最终配置出具有较高抗压强度和流动性的UHPC。(2)GFRP约束UHPC圆柱轴压性能试验。用GFRP管来约束最佳的配合比制备的UHPC,进行了24根GFRP管约束UHPC圆柱和16根无约束UHPC圆柱的轴压力学性能试验,系统研究了GFRP管约束下的UHPC圆柱的破坏形态、应力应变关系,发现GFRP铺层数、钢纤维掺量对其横向和轴向变形能力以及抗压强度均有影响,但是热养会导致GFRP材料性能产生变化。(3)FRP约束混凝土的本构模型。通过对本试验的研究分析以及对FRP的约束机理分析,推导出FRP约束混凝土的本构模型,与本文试验结果,国内外其他试验的试验结果以及现有本构模型的对比,发现已有模型基本上只适用FRP约束普通混凝土,不适合FRP约束UHPC,而本文的模型则均可以适用,证明了本文模型的广泛适用性,并推导出强度模型和拟合出了极限应变模型,证明了其准确性。(4)GFRP约束UHPC圆柱轴压数值模拟。对比有限元分析的结果和试验结果,发现两者的应力应变曲线吻合较佳,规律一致。由于试验条件有限,通过有限元补充分析了参数GFRP管的铺层数和缠绕角度以及不同类型的FRP的影响,发现随着GFRP铺层数与GFRP缠绕角度的增加,均可使其弹性阶段高度上升,其软化段的高度逐渐减小,破坏应力和抗压强度提升,但其提升效果随着两者的增加而减小。但是GFRP缠绕角度在40°之前,对试件的性能几乎没有影响。其中本文八层GFRP管、AFRP布和GFRP布还存在软化段,本文十层GFRP管、AFRP管、CFRP管和CFRP布已经基本上没有软化段。在抗压强度上CFRP管的提升效果最好。
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