FRP布约束混凝土圆柱轴心受压性能非线性有限元分析

上传者：皮德福
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上传时间：2015-05-08
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FRP布约束混凝土圆柱轴心受压性能非线性有限元分析

第２９卷，第１期２００８年１月中国铁道科学ＣＨＩＮＡＲＡＩＬＷＡＹＳＣＩＥＮＣＥＶ０１．２９Ｎｏ．１Ｊａｎｕａｒｙ，２００８文章编号：１００１—４６３２（２００８）０１—００４６—０５ＦＲＰ布约束混凝土圆柱轴心受压性能非线性有限元分析黄艳１’２，亓路宽１（１．北京工业大学土木建筑工程学院，北京１０００２２；２．北京工业大学城市与工程安全减灾省部共建教育部重点实验室，北京１０００２２）摘要：采用非线性分析程序ＡＢＡＱＵＳ，考虑混凝土在三轴状态下的非线性行为及纤维增强材料（ＦＲＰ）布对混凝土的被动式约束，对轴压下ＦＲＰ布约束混凝土圆柱试件的受力行为进行分析，研究ＦＲＰ布与混凝土的相互作用以及纤维含量对约束混凝土极限强度和极限应变的影响。结果表明：非线性有限元分析结果与实验结果吻合良好，非线性有限元分析可较好预测ＦＲＰ布约束混凝土柱的轴心受压性能；随着ＦＲＰ布层数的增加，ＦＲＰ布约束混凝土的极限强度和极限应变提高，ＦＲＰ布对混凝土的约束作用明显增强；ＦＲＰ布对混凝土约束力主要在混凝土屈服后发挥。根据实验和有限元分析结果，得到约束混凝土极限强度和极限应变与纤维约束特征值的关系。关键词：ＦＲＰ布；约束混凝土；轴压；极限强度；极限应变；非线性有限元分析中图分类号：Ｕ３９８．１文献标识码：Ａ混凝土在外包纤维增强材料（ＦＲＰ）布的作用下，处于三向应力状态，与单轴受力状态相比，混凝土的极限压应变和承载力提高［１。４］。用ＦＲＰ布横向缠绕加固的混凝土柱具有强度高、延性大和耗能能力强等优点。近年来，国内外针对ＦＲＰ布约束混凝土柱进行了一些实验和理论研究。ＦＲＰ布对混凝土柱施加的约束力随混凝土横向应变变化而变化，即ＦＲＰ布对混凝土的约束为被动式约束。目前，考虑ＦＲＰ布对混凝土被动式约束的研究较少。采用有限元能较好地反映混凝土在三轴状态下的材料本构关系，反映混凝土横向膨胀及由此引起的ＦＲＰ布对混凝土的约束应力互６｜。为了深入了解ＦＲＰ布约束混凝土柱的轴心受压性能和机理，本文运用非线性分析程序ＡＢＡＱＵＳ，考虑ＦＲＰ布对混凝土的被动式约束，进行ＦＲＰ布约束混凝土圆柱在轴压下的受力行为数值分析。１有限元分析模型建立为了与实验结果对比，有限元分析中的ＦＲＰ收稿日期：２００７—０５—１３；修订！ＥＩ期：２００７—１１—１８基金项目：北京工业大学青年科研基金资助项目（９７００４０１５２００５０１）作者简介：黄艳（１９７３），女，河北辛集人，讲师，博士。布约束混凝土采用文献［７］中的５个ＦＲＰ布约束混凝土轴心受压圆柱试件，其中０８试件为对比试件，未贴ＦＲＰ布，１。，２４，３４，４４试件分别外包１，２，３，４层ＦＲＰ布。试件的尺寸为西１５０ｍｍ×４５０ｍｍ，混凝土立方体强度为３８．６ＭＰａ，加固所用的ＦＲＰ为玻璃纤维布，纤维布的计算厚度为０．１６９ｍｍ，实测抗拉强度为３２７１ＭＰａ，弹性模量为８７ＧＰａ。纤维布加固的范围为全柱高。１．１非线性有限元模型为了考虑ＦＲＰ布对混凝土的被动式约束，较好地反映混凝土在三轴状态下的材料本构关系，本文使用非线性分析程序ＡＢＡＱＵＳ，建立三维非线性有限元模型，进行ＦＲＰ布约束混凝土柱轴心受压全过程分析。混凝土单元采用８节点六面体单元，混凝土材料采用ｃｏｎｃｒｅｔｅｄａｍａｇｅｄｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ模型，它能反映混凝土受拉开裂和压碎破坏的非线性材料特性。ＦＲＰ布采用壳单元模拟，纤维材料为各向异性，ＦＲＰ布沿混凝土柱轴线方向没有刚度。假设ＦＲＰ布和混凝土横向之间粘接良好，在程序中，
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