中英受玻璃纖維塑料約束的混凝土短柱模型

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(fù)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(yīng)變作為材料軸向割線剛度的測量參數(shù)的單軸本構(gòu)關(guān)系。對于無約束混凝土，該模型采用一個軸向應(yīng)變和橫向應(yīng)變之間的明確的關(guān)系，而對于約束混凝土，則考慮了一種隱含的關(guān)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(yīng)力應(yīng)變反應(yīng)。該FRP的性能在破裂前被認(rèn)為是線彈性的。為了驗證該模型，對一批柱體進(jìn)行了分析并將數(shù)值結(jié)果與其他作者公布的實驗值進(jìn)行了比較。試驗和數(shù)值計算結(jié)果間的對比表明，該模型能夠?qū)χw的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系提供令人滿意的預(yù)測。DOI:10.1061/（ASCE）1090-0268（2004）8:4（332）

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圖.17Mirmiran等（2000）測得的六批試件應(yīng)力應(yīng)變曲線圖.18Mirmiran等（2000）測得的十批試件應(yīng)力應(yīng)變曲線圖.19Mirmiran等（2000）測得的十四批試件應(yīng)力應(yīng)變曲線結(jié)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(fù)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(yīng)變的一個減函數(shù)。而對于無約束混凝土，橫向應(yīng)變和軸向應(yīng)變之間是一個明確的拋物線關(guān)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(yīng)力和相應(yīng)的應(yīng)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(dāng)前模型描述軸向應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系。對于圓形柱的情況，所有由此產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變曲線出現(xiàn)越來越多的性能，直到側(cè)向應(yīng)變使相應(yīng)外套破裂。對應(yīng)力應(yīng)變曲線及文獻(xiàn)的實驗值與其他作者所提出的模型的分析結(jié)果進(jìn)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(jié)論，所推薦的模型得到了對長方形和圓形柱均適合的結(jié)果。最后，需要強調(diào)的是，文獻(xiàn)中幾乎沒有受限于玻璃鋼的矩形柱的實驗結(jié)果。因此，研究這些柱的約束機制尚需詳細(xì)的調(diào)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(fù)合材料楊氏模量；=對應(yīng)的峰值強度的混凝土割線模量；=混凝土軸向應(yīng)力；=無壓混凝土強度；=受壓混凝土在漸進(jìn)步驟i時的軸向應(yīng)力;=受壓混凝土強度；

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

=Razvi模型常量；n=無壓混凝土參數(shù)；=漸進(jìn)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(cè)直線部分寬度；=對應(yīng)于零體積應(yīng)變的軸向應(yīng)變；=混凝土本構(gòu)常數(shù)；=軸向應(yīng)變增量；=柱體橫截面面積應(yīng)變；=柱的軸向應(yīng)變；=極限軸向應(yīng)變，大于該值微裂紋開始出現(xiàn);=相應(yīng)于無壓混凝土受壓強度fc8的軸向應(yīng)變；=相應(yīng)于受壓混凝土受壓強度f8cc的軸向應(yīng)變；=柱體橫向應(yīng)變；=確定有效受壓混凝土的拱角；=混凝土泊松比；=混凝土本構(gòu)常數(shù)；參考文獻(xiàn)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.,