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文檔簡介

受玻璃纖維塑料約束的混凝土短柱分析模型SeverinoPereiraCavalcantiMarques1;DilzeCoda′dosSantosCavalcantiMarques2;JeffersonLinsdaSilva3;andMa′rcioAndre′Arau′joCavalcante4摘要本文提出了一種數(shù)值模型,評價受纖維增強聚合物復合材料(FRP)約束的軸心受壓矩形和圓柱形混凝土短柱的性能。對于約束和無約束壓縮混凝土,推薦規(guī)范考慮了一種利用面積應變作為材料軸向割線剛度的測量參數(shù)的單軸本構關系。對于無約束混凝土,該模型采用一個軸向應變和橫向應變之間的明確的關系,而對于約束混凝土,則考慮了一種隱含的關系。對于后一種情況,該模型采用了簡單的迭代增量的計算方式,描述柱體的整個應力應變反應。該FRP的性能在破裂前被認為是線彈性的。為了驗證該模型,對一批柱體進行了分析并將數(shù)值結果與其他作者公布的實驗值進行了比較。試驗和數(shù)值計算結果間的對比表明,該模型能夠對柱體的應力應變關系提供令人滿意的預測。DOI:10.1061/(ASCE)1090-0268(2004)8:4(332)

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fā)啦生妄斷方裂始應混變厲。由對姜于畝受脊增檢強渣纖捎維倉聚女合尖物呼管亮約鉆束巷的瘡混遠凝水土卷柱滾,敞F臨a殖m妥遼和冠R微i及z間k庫a燃l紡l翠a鉆烏(摘2會0唯0喝1弱)配表觸示溫,陽當腔軸于向刷載沸荷嗓同廈時藏作仿用圖于侍核腎心圾和壤管菊時繁,封軸物向隸應砌變錦影走響顏是鳴重賽要刃的取。通過以下等式得到軸向荷載的值(對應于漸進步驟i):(22)其中和分別是無壓混凝土軸向壓力和約束混凝土軸向應力,兩者對應于軸向應變。面積分別從等式(17)和(18)得到。對于圓形斷面柱,不存在等式(22)右邊的第一階段。圖.8toutanji1999測得的C1試件應力應變曲線圖.9toutanji1999測得的C5試件應力應變曲線圖.10Saafi1999等人測得的GE1試件應力應變曲線圖.11Saafi等人1999測得的GE2試件應力應變曲線圖.12Saafi1999測得的C1試件應力應變曲線圖.13Saafi1999測得的C2試件應力應變曲線推薦模型的驗證圓形柱的結論為驗證所提出的模型,對幾個短圓柱進行了分析。表1顯示了Toutanji(1999)和Saafi等(1999)所測得的圓柱性能綜述。參數(shù)為復合材料的斷裂應力。Toutanji(1999)介紹了由兩圈單向FRP加固的圓柱形標本的實驗結果,F(xiàn)RP用環(huán)氧體系握裹混凝土。在這最后的一批標本中,使用三種類型的玻璃鋼:兩種碳(C1和C5)和一種玻璃(GE)。Saa?等人測試幾個受玻璃鋼管圓筒形約束混凝土柱。玻璃鋼管由玻璃纖維(ge1,ge2)和碳纖維(纖維纏繞增強聚合物)制成的,纖維沿柱體圓周方向纏繞。圖7-13顯示實驗應力-應變曲線,連同其他作者所提出的模型和分析模型取得的成果。在所有介紹的例子中,和分別從等式(13)和(14)計算。矩形柱的結論表2顯示了由Rochette和Labossie`re(2000)和Mirmiran等人(2000)所測得的矩形柱的性能。首先所提述的柱體是被FRP片和環(huán)氧體系包裹的混凝土,而最后所述的柱體是被方形玻璃鋼管道纏繞的。所有所分析的柱體都有圓弧半徑為rc的圓角,圖14-19為試驗應力-應變曲線,還有由推薦模型和Wang與Restrepo(2001)提出的模型分析所獲得的結果。圖.14Rochette和Labossie`re(2002)測得的S25-C3試件應力應變曲線表2.矩形短柱應用分析模型數(shù)據(jù)參數(shù)試件編號纖維類型(Mpa)(mm)(mm)(mm)t(mm)(Gpa)(Mpa)RochetteandLabossie`re(2000)S25-C3碳42.0152.0152.025.00.9082.7001,265S25-C4碳43.9152.0152.025.01.2082.7001,265S38-C3碳42.0152.0152.038.00.9082.7001,265Mirmiranetal.(2000)6玻璃40.6152.5152.56.351.4537.23352410玻璃40.6152.5152.56.352.2140.33657914玻璃40.6152.5152.56.352.9740.749641圖.15Rochette和Labossie`re(2000)測得的S25-C4試件應力應變曲線圖.16Rochette和Labossie`re(2000)測得的S38-C3試件應力應變曲線

圖.17Mirmiran等(2000)測得的六批試件應力應變曲線圖.18Mirmiran等(2000)測得的十批試件應力應變曲線圖.19Mirmiran等(2000)測得的十四批試件應力應變曲線結論本文提出一個增量迭代的理論模型來評估受限于纖維增強聚合物復合材料(FRP)的長方形和圓筒形混凝土短柱的性能。對于約束混凝土,假定割線剛度是柱的面積應變的一個減函數(shù)。而對于無約束混凝土,橫向應變和軸向應變之間是一個明確的拋物線關系。對于矩形柱,橫截面混凝土分為受壓部分和無壓部分,界定拋弧與橫截面?zhèn)冗厞A角初始角度為45度。為測定約束混凝土的峰值應力和相應的應變,選定了兩個截然不同的實證模型。分析了幾個矩形短柱和圓形短柱。所研究的短柱的混凝土受限于碳材料FRP和玻璃鋼外套。對于這些柱體,當前模型描述軸向應力與應變的關系。對于圓形柱的情況,所有由此產生的應力應變曲線出現(xiàn)越來越多的性能,直到側向應變使相應外套破裂。對應力應變曲線及文獻的實驗值與其他作者所提出的模型的分析結果進行了比較??紤]到在這項研究中所提及的混凝土柱體,可以得出這樣的結論,所推薦的模型得到了對長方形和圓形柱均適合的結果。最后,需要強調的是,文獻中幾乎沒有受限于玻璃鋼的矩形柱的實驗結果。因此,研究這些柱的約束機制尚需詳細的調查。致謝:由ConselhoNacionaldeDesenvolvimentoCient?′ficoeTecnolo′gico–CNPq(巴西利亞,巴西)提供資助,在此深表感謝。注釋本文使用了以下符號:=為外套有效約束的混凝土面積=無壓混凝土總面積=混凝土核心尺寸;D=混凝土核心直徑;=混凝土初始彈性模量;=玻璃鋼復合材料楊氏模量;=對應的峰值強度的混凝土割線模量;=混凝土軸向應力;=無壓混凝土強度;=受壓混凝土在漸進步驟i時的軸向應力;=受壓混凝土強度;

i=無壓混凝土在漸進步驟i時的軸向應力;=作用在外套上的應力;=橫向壓力;=X和Y方向上的平均橫向壓力;=復合材料斷裂應力;=漸進步驟序號;=漸進步驟總序號;

=Razvi模型常量;n=無壓混凝土參數(shù);=漸進步驟i軸向荷載;=Popovic等式模塊比例;=混凝土柱角弧半徑;t=外套厚度;=柱側直線部分寬度;=對應于零體積應變的軸向應變;=混凝土本構常數(shù);=軸向應變增量;=柱體橫截面面積應變;=柱的軸向應變;=極限軸向應變,大于該值微裂紋開始出現(xiàn);=相應于無壓混凝土受壓強度fc8的軸向應變;=相應于受壓混凝土受壓強度f8cc的軸向應變;=柱體橫向應變;=確定有效受壓混凝土的拱角;=混凝土泊松比;=混凝土本構常數(shù);參考文獻Carrasquillo,R.L.,Nilson,A.H.,andSlate,F.O.(1981).‘‘Propertiesofhigh-strengthconcretesubjectedtoshorttermloads.’’ACIJ.,78(3),171–178【2】Collins,M.P.,andMitchel,D.(1991).Prestressedconcretestructures,Prentice-Hall,EnglewoodCliffs,N.J.【3】Cusson,D.,andPaultre,P.(1995).‘‘Stress-strainmodelforconfinedhigh–strengthconcrete.’’J.Struct.Eng.,121(3),468–477【4】Fam,A.Z.,andRizkalla,S.H.(2001).‘‘Confinementmodelforaxiallyloadedconcreteconfinedbycircularfiber-reinforcedpolymertubes.’’ACIStruct.J.,98~4!,451–461.【5】Kono,S.,Inazumi,M.,andKaku,T.(1998).‘‘EvaluationofconfiningeffectsofCFRPsheetsonreinforcedconcretemembers.’’Proc.,2ndInt.Conf.onCompositesinInfrastructure,ChalmersUniv.ofTechnology,DivisionofBuildingTechnology,Go¨teborg,Sweden,343–355.【6】Mander,J.B.,Priestley,M.J.N.,andPark,R.(1988).‘‘Theoreticalstress-strainmodelforconfinedconcrete.’’J.Struct.Eng.,114~8!,1804–1826.【7】Mirmiran,A.,andShahawy,M.(1997).‘‘Behaviorofconcretecolumnsconfinedbyfibercomposites.’’J.Struct.Eng.,123(5),583–590.【8】Mirmiran,A.,

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