检索结果-内蒙古大学图书馆

复合材料学报 2022年第6期39卷 2801-2809页

作者：杨俊龙王吉忠卢世伟张丽华王子茹大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)-海水海砂混凝土(SSC)组合结构的应用范围,改善FRP约束海水海砂混凝土柱脆性破坏特性,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非均匀约束海水海砂混凝土方柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明:由于CFRP非均... 详细信息

为扩大纤维增强树脂复合材料(FRP)-海水海砂混凝土(SSC)组合结构的应用范围,改善FRP约束海水海砂混凝土柱脆性破坏特性,对碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)非均匀约束海水海砂混凝土方柱的轴压性能进行了研究。试验结果表明:由于CFRP非均匀约束试件中沿高度方向CFRP厚度并不相等,因而整个破坏过程具有明显的预兆,故脆性行为得到明显改善。相比于相同体积率下的全包裹和条带约束试件,其具有更优越的力学性能,尤其是在净距比较小的情况下。随着外部CFRP条带净距的下降和层数的增加,试件的极限强度和变形能力显著提高。具体而言,由于FRP条带净距的降低导致试件的极限强度增幅在5.4%~18.5%不等,而在净距比固定状态下,当外部条带层数增大1倍后,极限强度与应变的最大增幅分别为15.8%和21.8%。最后基于试验数据,对现有部分代表性应力-应变模型对于非均匀约束混凝土的适用性进行了讨论,并给出了所有模型对于试件极限状态的预测精度与误差大小。

关键词：纤维增强树脂复合材料非均匀约束约束混凝土海水海砂混凝土应力-应变模型

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非均匀约束混凝土柱在偏压荷载作用下的应力—应变关系研究

非均匀约束混凝土柱在偏压荷载作用下的应力—应变关系研究

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作者：李瑞钰深圳大学

学位级别：硕士

识别不同结构中混凝土的应力-应变关系对于结构设计至关重要。但是,当混凝土遭受复杂的应力条件或荷载路径时,例如,混凝土构件受到非均匀约束或偏压荷载的作用时,无法直接测量得到局部的应力条件。通过对已有研究的学习整理发现,获取偏... 详细信息

识别不同结构中混凝土的应力-应变关系对于结构设计至关重要。但是,当混凝土遭受复杂的应力条件或荷载路径时,例如,混凝土构件受到非均匀约束或偏压荷载的作用时,无法直接测量得到局部的应力条件。通过对已有研究的学习整理发现,获取偏压荷载作用下FRP约束混凝土柱的应力-应变关系曲线较为困难,且目前已有的应力-应变模型差异较大,对变化趋势的预测尚不一致。本文采用Li等人提出的逆推导方法首次获得了偏压荷载作用下纤维增强聚合物(FRP)约束混凝土圆柱、方柱和矩形柱真实的应力-应变关系的曲线。为建立可靠的数据库,本文应用此分析方法,对FRP约束混凝土柱进行了偏压荷载压力试验,试验变量为荷载偏心率,截面形状和FRP厚度。主要研究内容及结论如下: (1)通过DIC应变测量系统准确获得了试件极限受压侧、极限受拉侧和平行于偏心荷载方向侧边的变形场,经对比分析,选取截面高度60mm区域的应变用于截面分析及获取应力-应变关系曲线,并根据平截面假定对其进行修正。 (2)根据DIC测量得到的侧向位移计算得到二阶偏心率。 (3)对Li等人提出的逆推导方法进行修正、完善,通过编写程序,计算得到了应力-应变关系曲线;通过分析不同试验变量对应力-应变关系曲线的影响,建立了偏心荷载作用下FRP约束混凝土柱的应力-应变关系模型。 (4)对传统截面分析方法进行修正,考虑了受拉区混凝土强度的贡献及二阶弯矩对总弯矩的贡献,并通过将理论预测结果与本研究试验结果及其他研究人员的试验结果进行对比分析,验证了应力-应变模型及修正方法的准确性。

关键词：非均匀约束偏心荷载逆推导方法应力-应变关系应力-应变模型

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基于CT图像的大变形FRP约束混凝土损伤演化研究

基于CT图像的大变形FRP约束混凝土损伤演化研究

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作者：张涛深圳大学

学位级别：硕士

混凝土是一种多相复合材料,由砂浆、骨料和孔隙组成。混凝土中孔隙和裂缝的分布是随机的。一方面,混凝土的性能与微裂缝的分布和扩展密切相关。了解混凝土材料内部微裂纹发展的完整过程及其断裂规律,对于分析混凝土结构动力失稳机理及... 详细信息

混凝土是一种多相复合材料,由砂浆、骨料和孔隙组成。混凝土中孔隙和裂缝的分布是随机的。一方面,混凝土的性能与微裂缝的分布和扩展密切相关。了解混凝土材料内部微裂纹发展的完整过程及其断裂规律,对于分析混凝土结构动力失稳机理及防治具有重要意义。另一方面,混凝土破坏是内部细观结构损伤逐步扩展的结果。因此,理解混凝土破坏机理为分析混凝土材料的宏观力学行为提供了基础。此外,混凝土在多轴应力状态下的裂化损伤更为复杂,因为三轴应力会影响非匀质混凝土中骨料和砂浆间的细观相互作用,进而改变内部裂纹扩展机制。因此,探究混凝土在这种复杂应力状态下的内部损伤演化规律是理解约束混凝土破坏机理的关键。纤维增强复合材料(FRP)不仅可以为混凝土提供多轴复杂应力状态,而且可以提高钢筋混凝土结构的延性和峰值强度。FRP被动约束的激活和混凝土内部裂缝的延伸扩展是一个相互作用的过程。外部FRP的非均匀约束和混凝土自身的非匀质性均会影响其塑性变形,而塑性变形是FRP所能施加约束力大小的关键。采用LRS-FRP(Large Rupture Strain-FRP)约束混凝土会产生更大的塑性变形从而提高FRP的约束效率,而FRP约束力的增加进一步影响混凝土内部裂纹扩展路径和变形局部化的形成。此外,预测LRS-FRP约束混凝土的极限应变比预测强度更为复杂,可能更加不准确,尤其是对于大变形或严重损伤的混凝土在多应力状态下的应变预测。本研究基于能量平衡法分析了不同截面形状下LRS-FRP约束混凝土的宏观应力应变行为和应变能,定义了关键参数。提出了一个统一的LRS-FRP约束混凝土的极限轴向应变模型和应力应变曲线特征点模型。模型性能评估表明,在预测大变形FRP约束混凝土的极限应变以及应力-应变曲线方面有很好的准确性。本研究还通过不同荷载水平的LRS-FRP约束混凝土进行了一系列X射线计算机断层扫描(X-CT)试验。采用圆柱、方柱和倒角柱的不同混凝土截面形状实现FRP均匀约束和非均匀约束条件。基于LRS-FRP约束混凝土应力应变关键节点与孔隙率的关系,分析了复杂应力状态下混凝土内部损伤的变化过程,揭示了大变形FRP约束倒角柱和方柱峰后应力应变响应先软化后硬化的关键原因。采用数字体积相关技术计算了约束混凝土内部的整体位移场和应变场分布。从细微观角度分析表明,混凝土损伤累积引起的变形局部化主要由混凝土细观非均质性和非均匀约束引起的局部破坏造成的。

关键词： FRP约束混凝土 CT 极限应变能量平衡法应力应变模型数字体积相关技术非均匀约束

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波纹钢管混凝土构件静力性能研究

波纹钢管混凝土构件静力性能研究

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作者：杨理贵哈尔滨工业大学

学位级别：博士

作为一种新型组合构件,波纹钢管混凝土可有效解决传统钢管混凝土的外管腐蚀问题,且保持了钢管混凝土特有的力学性能优势和施工便捷性,在市政桥梁、工业厂房、风机塔筒及大型输电塔架等有高耐久性要求的土木工程主体结构中,具有很强的适... 详细信息

作为一种新型组合构件,波纹钢管混凝土可有效解决传统钢管混凝土的外管腐蚀问题,且保持了钢管混凝土特有的力学性能优势和施工便捷性,在市政桥梁、工业厂房、风机塔筒及大型输电塔架等有高耐久性要求的土木工程主体结构中,具有很强的适应性与广阔的应用前景。目前,针对其基本力学性能的研究还未形成体系,整体来看尚处起步阶段,在实际应用中暂无标准可循。为此,本文针对波纹钢管混凝土柱的基本静力性能开展研究,包括其截面轴压与偏压性能、构件的轴压与偏压稳定性能以及受扭性能,揭示波纹钢管混凝土在上述荷载工况下的约束机理与协同工作机制。具体内容如下:(1)波纹钢管混凝土短柱轴压性能及约束机理研究。开展了包含12个波纹钢管混凝土短柱在内的21个短柱轴压试验研究,主要参数为约束效应系数、端部承载模式和试件类型;基于试验对构件的破坏形态、承载能力、波纹钢管应力等方面进行了分析。提出了可用于ABAQUS有限元分析中的波纹钢管约束核心混凝土本构模型;建立了可精准预测波纹钢管混凝土短柱轴压力学性能的实体-壳体有限元分析模型;揭示了波纹钢管对核心混凝土沿轴向的非均匀约束机理,理论推导了其局部约束应力的分布公式;对波纹钢管的几何尺寸和材料强度进行了参数分析,量化了其等效约束应力计算方法;建立纤维模型数值分析方法,对波纹钢管混凝土截面轴压承载力进行了系统的参数分析;基于钢管约束混凝土的设计方法,提出了波纹钢管混凝土截面轴压承载力计算公式。(2)波纹钢管混凝土短柱偏压力学性能研究。开展了18个偏压短柱和3个纯弯试件的试验研究,主要参数为偏心距、约束效应系数和试件类型;围绕试件破坏模式、荷载-挠度曲线、受压区和受拉区不同波纹位置(波峰、波谷、波腹)的应变分布及发展规律等进行了分析。建立了波纹钢管混凝土偏压短柱实体-壳体有限元分析模型;揭示了其沿截面高度和构件高度的非均匀约束机理,并提出等效约束应力沿截面分布的定量计算方法;在此基础上,提出考虑非均匀约束的核心混凝土单轴应力-应变本构模型;建立了可考虑非均匀约束及应变集中影响的非线性数值分析纤维模型,围绕波纹钢管混凝土截面偏压承载力,开展了系统的参数分析;最终提出了波纹钢管混凝土截面偏压承载力设计方法。(3)波纹钢管混凝土构件轴压与偏压稳定性能研究。围绕8组共24个不同长细比和偏心率的中长柱、长柱试件开展了试验研究,对试件的挠曲形状、破坏模式、轴力-跨中挠度关系曲线及轴力-波纹钢管应变曲线等进行了分析。利用基于数值的纤维模型分析方法,开展了系统的波纹钢管混凝土构件轴压及偏压承载力参数分析,提出了轴压稳定系数、偏压下的端部弯矩增大系数及偏心距调节系数的量化计算公式,建立了可考虑构件二阶效应的波纹钢管混凝土轴压与偏压构件承载力设计方法。(4)波纹钢管混凝土构件受扭力学性能研究。设计了一套纯扭工况的加载装置,利用其开展了6个试件的纯扭试验,研究的影响因素为扭转方向、波纹钢管受扭模式和构件类型;实测并分析了试件的扭矩-扭转角和波纹钢管应变-扭转角全过程曲线;考虑咬口的实际连接构造,实测了咬合界面接触剪应力的发展规律,提出了咬口粘结-滑移本构关系;通过考虑波纹与咬口的实际外形,建立了波纹钢管混凝土的有限元纯扭分析模型,分析了波纹钢管与混凝土的应力应变规律,揭示了波纹钢管与核心钢筋混凝土的受扭协同工作机制;结合理论推导与系统的参数分析,提出了波纹钢管混凝土构件的受扭承载力简化设计公式。

关键词：波纹钢管混凝土非均匀约束轴压性能偏压性能受扭性能

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