考虑尺寸效应的FRP约束混凝土轴压圆柱的本构模型和变参数研究.pdf
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1、2 0 1 6年 第 1期 (总 第 3 1 5期 ) Nu m b e r 1 i n 2 0 1 6 ( T o t a l N o 3 1 5) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORE TI CAL RES EARCH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 6 0 1 0 2 1 考虑尺寸效应 的 F R P约束混凝土轴压圆柱的 本构模型和变参数研究 龙跃凌 。卜 方坛 。 黄启山 ( 1 广东工业大学 土木与交通工程学院, 广东 广州 5 1 0 0 0 6 ; 2 华南理工大学 建筑学院, 广东
2、广州 5 1 0 6 4 1 ) 摘要: 在现有标准试件 的F R P约束混凝土本构模型基础上 , 提出了考虑尺寸效应的 F R P约束混凝土轴压圆柱的本构模型。 应 用该模型对国内外大量不同尺寸的 F R P约束混凝土轴压圆柱试件进行计算 , 计算 曲线与试验曲线比较, 结果整体吻合 良好。 表 明所提出的本构模型不仅能考虑尺寸效应的影响, 还对不 同材质的F R P约束混凝土具有较好适用性。 最后应用所提 出的本构模 型进行变参数研究。 研究表明, 在约束应力相同时 , 随试件尺寸增大 , F R P约束混凝土轴压圆柱极限应力和极限压应变均下降。 其下降幅度, 随混凝土强度减少而增加。 即
3、F R P约束普通混凝土的尺寸效应较 F R P约束高强混凝土明显。 另外 , 混凝土强度相 同时, 约束应力较大( 强约束) 的 F R P约束混凝土的尺寸效应比约束应力较小( 弱约束) 的F R P约束混凝土小。 关键词 : F R P ; 本构模型; 尺寸效应 中图分类号: T U 5 2 8 0 1 文献标志码 : A 文章编号 : i 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 6 ) 0 1 0 0 8 8 0 5 C on s t it u t i v e mo d e l f o r a x i a l l yl o a d e d F RP c o n f i n e d c
4、 o n c r e t e c o l u mn s i n c l u d i n g s i z e e ff e c t s a n d p a r a me t r ic s t u d y LO NG Y u e l i n g , BUF a n g mn , HU A NG Q i s h a n ( 1 S c h o o l o f Ci v i l a n d T r a n s p o r t a ti o n E n g i n e e r i n g , Gu a n g d o n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o
5、g y , Gu a n g z h o u 5 1 0 0 0 6, C h i n a ; 2 S c h o o l o f A r c h i t e c tu r e , S o u t h Ch i n a Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y , Gu a n g z h o u 5 1 0 6 4 1 , C hin a ) Abs t r ac t : Ba s e d o n t h e a v a i l a b l e c o ns tit u t i v e mo d e l f o r a x i a l l yl o
6、 a d e d s t a nd a r d F l I P c o n fin e d c o n c r e t e c o l u mns , a c o n s t i t u tiv e mo d e l f o r a x i a l l yl o a de d FRP c o n fin e d c o nc r e t e c o l umn s i n c l u d i n g s i z e e f f e c t s wa s p r o p o s e d Th e p r o p o s e d mo d e l wa s a p pl i e d i n c o
7、 mp u m- t i o n s for a l a r g e n u mbe r o f a x i a l l yl o a d e d F RP c o n fin e d c o n c r e t e c o l u mn s i n va r i o us s i z e s Co mp a r i s o n s b e t we e n t h e c ur ve s b y t h e p r o p o s e d mo d e l a n d e x p e r i me n t a l o n e s s ho w a g o o d a g r e e me n
8、 t I t s ho ws t h e s i z e e f f e c t s c a n b e c o n s i d e r e d i n t he p r o p o s e d mo de l a nd t h e m o d e l i s a pp r o p r i a t e fo r c o n c r e t e c o n fin e d b y va rio u s F RPs Fi n a l l y, a para me c s tud y b a s e d o n t h e p r o p o s e d m o d e l wa s c a r r
9、 i e d o ut Re s u i t s s h o w bo t h the u l t i ma t e s t r e n g th a n d the u l t i ma t e s tr a i n o f a x i a l l yl o a d e d F RP c o n fin e d c o n c r e t e c o l u mn s d e c r e a s e wi th t h e s i z e i n c r e a s i n g wh e n the c o n fin i n g s t r e s s e s a r e the s a
10、me F u r t h e r mo r e, the d e c r e a s e i s mo r e ob v i o u s for l o we r s tre n g th c o n c r e t e Na me l y, the s i z e e f f e c t s o f FRP c on fi n e d n o r ma ls tre ng th c o n c r e t e are l arg e r tha n t h os e of F RP c o n fin e d h i g hs tre n g t h c o nc r e t e I n a
11、 d di ti o n, the s i z e e f f e c t s o f F RP c on fin e d c o n c r e t e u n d e r l a r g e c o n f i n i ng s tre s s e s a r e s ma l l e r tha n thos e o f FRP c o n fin e d c o n c r e t e u nd e r s ma l l c o n fi n i n g s tre s s e s wh e n t h e c o n c r e t e s t r e n gth i s th e
12、s a l n e Key WOr ds: FRP; c o n s t i t u ti v e mo d e l ; s i z e e f f e c t 0 引 言 近年来 , F R P约束混凝 土的力学性能 的相关研究成为 混凝土研究 的热点 之一。 国内外的相关研 究主要 集 中在 F R P约束混凝土力学性能的试验研究 , 并在试 验研究 的基 础上建立 了 F R P约束混凝土本构模型 。 然而 , 上述本 构模型都是基 于标准尺寸试件 , 并没有考虑尺寸效应 的影 响。 本试验在现有标准试件的 F R P约束混凝土本构模型 基础上 , 对其进行修正 , 提出了能考虑尺寸效应
13、 的 F R P约 束 昆 凝土轴压圆柱的本构模型。 1 现有标准试件的 F R P约束混凝土本构模型 目前, F R P约束混凝土本构模型主要有以下几种: ( 1 ) Mi r m i r a n和 S h a h a w y模 型 ; ( 2 )S p o e l s t r a和 Mo n t模 型 ; ( 3 ) C h u n和 P a r k模 型 ; ( 4 ) B i n i c i 模型 ; ( 5 ) T e n g 模型 ; ( 6 ) F a m 和 R i z k a l l a模型 ; ( 7 ) H a r r i e s 和 K h ar e l 模型 ; (
14、8 ) Mar q u e s 模型 。 以上模型均基于直径为 1 5 0 r n r n 、 高 3 0 0 m m 的标准圆 柱体试件试验数据建立 , 即没有考 虑尺寸效应的影 响。 先 前研究表明 , T e n g 模型能更好的反映 F R P约束混凝土的 轴压性能, 在现有模型中与标准圆柱体试 件数据稳合最好 。 收 稿 日期 : 2 0 1 5 -0 3 -O 1 基金项 目: 国家自然科学基金项目资助( 5 1 0 0 8 0 8 5 ) ; 广州市珠江科技新星专项资助( 2 0 1 2 J 2 2 0 0 1 0 0 ) ; 中国博士后科学基金资助项 目( 2 0 1 4 T
15、7 0 8 0 7 2 0 1 2 M 5 1 1 8 1 0 ) ; 广东工业 大学大学生创新项 目( x j 2 0 1 4 1 1 8 4 5 0 5 6 ) 8 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 因此, 本研究以T e n g模型为基础, 结合国内外大量不同尺 上述计算式中的参数及计算详见文献。 专 圆 T柱en 妻 雾 2考 虑 尺 寸 效 应 的 修 正 模 型g 修 正 ,使 其 能 考 虑 尺 寸 效 应 。 模 型 的 表 达 式 简 述 如 下 : 巧 庙 八 -J 舣 一 。犬 上 。 ( s 。 三) r , 二一r 一 1+( s 。
16、 s 三 ) f ! :f : c o +3 1 + 5 (甓一 ) - o -s s ( ) ( 1 + o ( ) 】 -07 e _ 7( ) ) ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) = d= R= R ( 5 ) J l 、 , 先前试验研究表 明 1 5 3 , T e n g 模 型不适用于不 同尺寸 的试件, 特别是大尺寸试件。 为了进一步探索 F R P约束混 凝土的尺寸效应和验证所提本构模型 的正确性 , 本试验制 作了 9个 不 同尺 寸 的 G F R P约 束 混凝 土 轴压 圆柱试 件 ( B 1 B 9 ) 进行试验研究。 试件参数见表 1 。 结合先前
17、试验 研究 的 9个不同尺寸的 G F R P约束混凝 土轴压 圆柱试 件( S 1 1 s 91 ) 、 文献 1 6 的 5个 不 同尺寸 的 G F R P 约 束混凝土试件 、 文献 1 71 8 的7 个不 同尺寸的B F R P 表 1 用于验证模型的试件参数 89 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 或 C F R P约束 混凝土试件 、 文献 1 9 的 1 2 个 不同尺寸的 A F R P约束混凝土试件等共计 4 2个试件的试验数据( 试 件参数均列于表 1 ) , 反复分析试算 比较 , 发现尺寸效 应主 要表现为试件的侧 向约束应力和极限应
18、的大小 随试件 尺 寸 的变化 。 因此 , 对 T e n g模型进行修正 , 使其能考虑 尺寸 效应 , 提出的修正计算式如下 : =一 学 ( 。 = = 一 f 詈 1 日 山 = 目 凸_ 1 2 0 8 0 4 0 O -0 环向应变 轴向应变 ( 1 ) B1 试件 0 2 0 01 0 O O 1 O O 2 O O 3 0O 4 0 O 5 环向应变 轴向应变 ( 2 ) B 2 试件 矗 sc c = O c o 1 + 5 ( 一 ) 0 5 + ( l+ 里 I 音 l I L , 、 、 J 为了进一步验证所提出修正模型的正确性 , 利用所提 出修正模型对本试验 的
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