壓彎作用下FRP約束混凝土的應力-應變關系及其應用

FRP外包加固可大幅提高混凝土柱的承載能力和延性。雖然已有眾多的FRP外包加固混凝土柱的實際應用，各國設計規(guī)范仍有欠缺，大多僅局限于軸壓短柱。而偏壓柱與長柱在實際工程中非常常見，因此需要對此建立完整的設計方法。 本項目研究了偏心距對FRP約束混凝土應力-應變行為的影響，并得出了能考慮偏心距影響的FRP約束混凝土的應力-應變模型。研究結果表明：偏壓作用下，F(xiàn)RP約束混凝土的強度和極限軸向應變均有大幅提高，但是應力-應變曲線后期斜率隨之減小。這說明直接將軸壓作用下FRP約束混凝土的應力-應變模型用于偏壓作用情況進行計算過于保守，建議設計規(guī)范中采納能夠考慮偏心距影響的FRP約束混凝土應力-應變模型。本項目研究還建立了一套完整FRP約束鋼筋混凝土柱的設計方法，包括短柱設計公式、長柱設計公式及長/短柱判別公式，部分研究成果已被英國和香港的設計規(guī)程采納。 2100433B

工程實踐證明通過外包FRP可有效提高鋼筋混凝土柱的承載力，但其設計理論并不完善。現(xiàn)有工作普遍假設基于軸壓試驗的FRP約束混凝土應力-應變模型可直接用于壓彎作用下FRP約束鋼筋混凝土柱的截面分析中。該假設是FRP約束鋼筋混凝土柱分析和設計的基礎，但由于缺乏測量混凝土軸向應力和FRP約束應力的手段，其合理性從未得到實證。事實上，壓彎作用下混凝土橫向膨脹不均勻甚至產(chǎn)生橫向收縮，F(xiàn)RP約束應力從截面受壓較大側向受壓較小側逐漸變小，這與軸壓作用下FRP約束混凝土的受力機理完全不同。薄膜感壓技術通過在接觸面間嵌入薄膜型傳感器可實現(xiàn)接觸應力的實時測量，使解決上述問題成為可能。本項目擬采用薄膜感壓技術并結合有限元模擬對壓彎作用下FRP約束混凝土的應力-應變行為進行深入的研究，在此基礎上，建立成套FRP約束鋼筋混凝土柱的分析和設計方法，并開展大尺寸FRP約束鋼筋混凝土柱試驗對提出的分析和設計方法進行驗證。

（1）逐級連續(xù)加載應力-應變關系逐級連續(xù)加載系連續(xù)遞增荷載施加于巖樣上（單軸壓縮）。對一般堅硬巖石，由其應力-應變曲線，可將變形過程大致劃分為三個階段。

①壓密階段開始加載，應變較大，但隨著荷載加1大，應變反而漸減。這是由于巖石中裂隙的壓密所致。當荷載卸除后，其可恢復的部分為巖石彈性變形的組成部分；面不能恢復的部分，

為塑性變形的組成部分。此段變形是以塑性變形為主。

②近似直線變形階段隨荷載繼續(xù)加大，應力與應變基本上按比例增長。當荷載卸除后，巖石幾乎可恢復原狀，這是巖石彈性變形的主要階段。

③破壞階段隨荷載繼續(xù)增大，變形量不斷增大，應力與應變的關系呈明顯的非線性。此時由直線轉變?yōu)榍€，即應變比應力的增長率大得多，最后直至巖樣破壞。

（2）恒量重復加載、卸載應力-應變關系

每次加載、部載量相等，并重復加載、卸載多次，試驗所獲得應力應變關系曲線，其變形特點：最初應力-應變關系曲線很彎曲，且在卸載后不能恢復的塑性變形較大；往后塑性變形逐漸變小，應力-應變關系曲線愈陡，則愈接近于直線；后一級與前一級曲線分別近似平行，說明巖石經(jīng)多次加載、卸載后，愈益呈現(xiàn)彈性變形。

（3）變量重復加載、卸載應力-應變關系

每次卸載后再逐級加大荷載，試驗所獲得的應力-應變關系曲線有如下特點：前一級卸載與隨后一級之間，出現(xiàn)一回滯圈，說明了卸載時彈性變形恢復的滯后現(xiàn)象。如果每級卸載后的下一級加載量有規(guī)律地遞增，則各級峰值應力連線基本呈一有規(guī)律的直線或曲線，并且其形態(tài)與前述逐級加載下的應力-應變曲線相似；與恒量重復加載、卸載一樣，最初應力與應變曲線很彎曲，愈后愈近似直線；相鄰兩級加載、卸載的應力應變曲線，分別近于平行。 2100433B

由于負荷值的變化隨時可以讀出，但瞬間截面積很難直接讀出。因此，一般只能得到工程應力，即由負荷和原始截面積計算所得。真應力是要通過一些假設，才由工程應力的測量后計算得到。

對于真應變，人們把整個拉伸過程劃分成無數(shù)多個時間段，對于任何一個微小的時間段，試件的瞬時長度為

試件從

材料在塑性變形中的體積認為是不變的，即

所以真應力

由于

所以

根據(jù)上式就可以由工程應力應變關系得到真應力應變關系，繼而畫出真應力應變曲線。