FRP增强混凝土框架节点恢复力模型

HB-FRP加固混凝土结构的粘结滑移统一模型
张峰;徐向锋;李术才
【期刊名称】《应用数学和力学》
【年(卷),期】2015(36)12
【摘要】为了进一步简化HB-FRP(hybrid bonding FRP)加固技术的粘结滑移模型,并基于先期研究的HB-FRP粘结滑移分区模型开展研究.在假定HB-FRP加固技术的粘结滑移统一模型表达式的基础上,推导了钢扣件部位的粘结应力分布系数.将HB-FRP加固作用分为普通FRP粘结性能和钢扣件产生的粘结性能两部分,依据能量方法,推导了FRP张拉力与滑移量的表达式.基于理论分析和数值求解,研究了界面滑移量的分布特征.基于模型试验测试结果,研究了粘结滑移统一模型中的待定系数表达式.研究结果表明:建立的HB-FRP加固混凝土结构的粘结滑移统一模型能有效预测加固界面的剥离承载力及有效粘结长度.
【总页数】12页(P1294-1305)
【关键词】混凝土;加固;粘结滑移统一模型;HB-FRP;剥离承载力;有效粘结长度【作者】张峰;徐向锋;李术才
【作者单位】山东大学岩土与结构工程研究中心;山东交通学院土木工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TU375.02
【相关文献】
1.型钢混凝土柱粘结滑移本构关系与粘结滑移恢复力模型 [J], 李俊华;李玉顺;王建民;王新堂;薛建阳
2.HB-FRP布加固混凝土对其界面粘结性能的影响 [J], 高磊;张峰;刘佳琪;刘冠之;陆小蕊
3.HB-FRP加固混凝土结构组合界面黏结特性 [J], 高磊;张峰
4.粘结- 滑移本构模型在混凝土组合结构中的应用 [J], 罗伟兵;
5.基于损伤参数的CFRP布加固混凝土梁界面粘结滑移本构模型研究 [J], 王志杰;王新玲;李可
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FRP筋增强混凝土结构耐久性能及其设计方法研究共3篇FRP筋增强混凝土结构耐久性能及其设计方法研究1FRP筋增强混凝土结构耐久性能及其设计方法研究随着建筑物的高度、跨度和荷载的增加，结构材料对抗大荷载、抗压能力及耐久性的要求也越来越高。

传统的钢筋混凝土结构虽然能够满足基本的需求，但在一些极端条件下，表现不足。

FRP筋增强混凝土结构由于其轻重比高，耐腐蚀、耐老化、高强度等特性，受到了广泛的关注。

本文将探讨FRP筋增强混凝土结构的耐久性能及其设计方法。

一、FRP筋增强混凝土结构的耐久性能1.耐火性能FRP筋增强混凝土结构的耐火性能较差，主要是因为FRP材料在高温下会发生软化。

在工程设计中应严格控制FRP材料的使用量，以尽量减少其对整个结构的影响。

此外，还需要采用一些防火措施，如加装防火涂料，以提高整个结构的耐火性能。

2.耐久性能FRP筋增强混凝土结构具有优异的耐久性能，主要体现在以下几个方面：（1）抗腐蚀性能：FRP材料具有优良的腐蚀抵抗能力，可在酸、碱等腐蚀介质中长期使用。

（2）抗疲劳性能：FRP材料的疲劳寿命约为钢材的40倍，可以有效地延长结构的使用寿命。

（3）耐老化性能：FRP材料不会因长时间暴露在紫外线、高温、高湿等环境中而出现龟裂、开裂等老化现象。

3.耐震性能FRP筋增强混凝土结构在抗震性能方面具有独特的优势。

由于FRP材料的轻重比较低，可显著减轻结构的自重，提高结构的自振周期，从而使结构在地震力作用下具有更好的抗震性能。

二、FRP筋增强混凝土结构的设计方法在FRP筋增强混凝土结构设计中，需要考虑材料的特性、结构的荷载和边界条件等因素。

1.材料特性FRP材料的特性是设计过程中需要考虑的关键因素。

主要包括FRP材料的拉、压特性、强度系数和疲劳寿命等。

在设计中需要根据结构的性质和荷载，合理选择FRP材料的规格和数量，以确保整个结构的安全性和可靠性。

2.结构荷载结构荷载是影响结构设计的另一个关键因素。

文章编号:100926825(2009)0120106202钢筋混凝土受弯构件恢复力模型研究收稿日期:2008208218作者简介:吴年超(19832),男,助理工程师,江西赣粤高速公路工程有限责任公司,江西南昌　330013徐一卓(19822),男,助理工程师,西安市市政设施局桥梁维护管理所,陕西西安　710000吴年超　徐一卓摘　要:介绍了各种组成材料的恢复力模型,在此基础之上,对现今的混凝土构件恢复力模型存在的问题进行了阐述,为工程设计人员更好地理解此类构件的本构关系,同时为指导抗震设计工作提供一定的借鉴。

关键词:钢筋混凝土,抗震,恢复力模型,本构关系中图分类号:TU375文献标识码:A0　引言在抗震设计中,对于预应力混凝土构件的塑性铰截面是否具有足够的能量耗散能力是备受关注的问题。

结构或构件在荷载循环往复作用下得到的荷载—变形曲线叫做滞回曲线,滞回曲线的外包络线称为骨架曲线。

滞回曲线与骨架曲线合称恢复力曲线,它表示结构或构件的变形履历过程[1]。

实际的恢复力特性需简化成一定的恢复力模型才能用于结构分析与计算。

恢复力模型是描述结构所受外力与仅由此外力引起的位移之间的函数关系的数学模型。

1　钢筋的应力—应变滞回关系研究早在1887年,德国J ,Bauschinger 通过对钢材的拉压试验,指出当钢材在一个方向加载屈服后,反向加载屈服应力显著降低。

此后这种现象就被称作“包辛格效应”。

钢筋的滞回特性常通过应力、应变的隐式函数来描述,主要有两种方法:1)基于钢筋的应力—应变本构关系;2)基于几何近似的有限单元表达式,如基于位移的考虑几何约束的有限单元和截面模型。

钢筋混凝土构件中考虑钢筋的包辛格效应对构件滞回性能影响的研究始于20世纪60年代。

Singh 等于1965年指出钢筋的包辛格效应会影响钢筋混凝土构件塑性阶段的滞回性能。

此后,Agrawl ,Brown 以及K ent 等开展了钢筋应力—应变滞回特性的研究,提出了许多考虑钢筋硬化和包辛格效应的应力—应变滞回模型。

CFRP是一种典型的弹性材料，与传统的加固材料钢材相比，CFRP在加固修复混凝土结构中具有明显的优点，具体表现在高强高效、施工便捷、适用面广、基本不增加结构自重和结构尺寸等方面[1]。

实际工程中，采用不同的粘贴方式使CFRP发挥不同功能的作用。

目前，CFRP在加固混凝土结构中的应用形式之一为包裹混凝土柱表面，使主纤维方向沿柱环向，进行柱的受压及抗震加固[1]。

ABAQUS/CAE是ABAQUS的一种广泛而全面的有限元建模交互式图形环境。

本文利用ABAQUS/CAE进行前处理和后处理，研究CFRP约束高温后混凝土静态力学性能，与试验数值进行对比，以期为工程设计及进一步试验研究提供参考[2]。

1混凝土温度场有限元分析1.1混凝土热工参数的选取进行混凝土温度场有限元分析，最重要的是要确定混凝土的热工参数。

混凝土有三个基本热工参数用于温度场分析：导热系数l c、质量密度ρc与比热容c c。

其余的热工参数均可由这三个基本参数推导得出[3]。

导热系数l c表征材料导热能力的大小。

其物理含义为单位时间（h）内，在单位稳定梯度（K/m）下，通过材料单位等温面积（m2）的热量（J），单位为W/（m·℃）。

模型中采用Lie[4-8]提出的混凝土导热系数随温度的表达式，见式（1）。

其中，温度T单位为℃。

可知，随温度升高，混凝土的导热系数逐渐降低。

λc={1.3550≤T≤293-0.001241T+1.7162T>293（1）质量密度ρc的物理含义为单位体积下材料的质量，单位为kg/m3。

由于高温使得混凝土内部水分丧失，故混凝土的质量密度随温度升高逐渐降低。

但与其他热工参数相比，混凝土质量密度在高温过程中变化幅值相对较小。

因此，为了简化模拟，模型中混凝土的质量密度ρc取为常值2400kg/m3。

比热容c c表征材料吸热能力。

其物理含义为单位质量（kg）的材料，当温度升高1K（或1℃）所吸入的热量（J），单位为J/（kg·℃）。

预应力FRP加固混凝土梁的受力与变形性能研究目录一、应力分析1、预应力FRP加固混凝土梁的界面应力分析1.1界面应力分析1.2界面的剪应力1.3界面的正应力2、预应力FRP加固受弯构件剥离应力分析2.1剥离应力函数表达式的建立2.1.1基本假定2.1.2粘结剪应力2.1.3剥离正应力二、变形性能3预应力FRP加固混凝土梁的变形性能3.1计算假定3.2截面曲率及相应弯矩3.2.1屈服曲率和屈服弯矩3.2.2极限曲率和极限弯矩3.2.2.1Ⅰ型破坏3.2.2.2Ⅱ型破坏3.3 M-υ曲线4、预应力FRP加固钢筋混凝土梁的挠度计算4.1现有的预应力混凝土结构挠度计算方法4.2预应力FRP加固钢筋混凝土梁的挠度计算方法4.2.1开裂前截面惯性矩计算4.2.2开裂后截面惯性矩计算4.2.3挠度计算公式及验证摘要：预应力FRP加固混凝土结构在结构工程中应用越来越广泛，本文就预应力FRP 加固混凝土梁的受力和变形的性能从界面应力、剥离应力、梁的变形性能以及挠度计算四个方面并结合一些相应的实验结果对FRP加固混凝土梁分析。

一、应力分析1预应力FRP加固混凝土梁的界面应力分析[1]预应力FRP片材增强RC梁的界面应力分析纤维增强复合材料(FRP)粘贴加固技术已广泛应用于钢筋混凝土建筑(结构)物的加固和维修工程中。

然而，现有的FRP片材粘贴加固技术是被动加固技术，FRP片材的抗拉强度没有得到充分的发挥，构件的抗弯刚度提高幅度不大，混凝土中的裂缝等缺陷无法闭合。

因此，采用预应力FRP片材加固混凝土结构(主动加固技术)将是一种更有前途的新技术。

但是，在预应力FRP片材作用下，FRP端部界面层的剪应力和正应力分布与无预应力作用下相比会发生改变，容易造成界面剥离破坏。

因此，研究预应力FRP增强RC结构中FRP片材与混凝土的界面层的应力分布，对于探明增强构件的破坏机理具有重要的意义。

有关预应力FRP片材与混凝土的界面的应力分析，国内外的研究尚不多见.Triantafillou 给出了不发生端部剥离破坏情况下的最大预应力的理论计算公式,但最大预应力的表达式是一个隐函数，影响参数不明确。

《FRP加固RC框架结构的抗震韧性评价研究》一、引言随着城市化进程的加速，建筑结构的安全性和稳定性成为了人们关注的焦点。

钢筋混凝土（RC）框架结构因其良好的承载能力和适应性，在各类建筑中得到了广泛应用。

然而，RC结构在地震等自然灾害面前，往往表现出较低的抗震韧性。

因此，如何提高RC框架结构的抗震性能，成为了建筑领域的重要研究课题。

近年来，纤维增强复合材料（FRP）因其轻质、高强、耐腐蚀等特性，被广泛应用于结构加固领域。

本文将就FRP加固RC框架结构的抗震韧性评价进行研究，以期为相关领域的科研和实践提供参考。

二、FRP加固RC框架结构的基本原理及方法FRP加固RC框架结构的基本原理是通过粘贴FRP复合材料于混凝土表面，以提高其抗拉、抗剪和抗弯等力学性能。

常用的FRP材料包括碳纤维复合材料（CFRP）、玻璃纤维复合材料（GFRP）和芳纶纤维复合材料（AFRP）等。

加固方法主要包括外部粘贴法和预应力加固法等。

三、抗震韧性评价指标及方法抗震韧性是评价结构在地震作用下的性能的重要指标。

本文将采用以下评价指标及方法对FRP加固RC框架结构的抗震韧性进行评价：1. 能量耗散能力：通过模拟地震作用下的结构响应，计算结构在地震作用下的能量耗散情况，评价结构的抗震能力。

2. 延性性能：通过观察结构在地震作用下的变形情况，评价结构的延性性能。

延性性能好的结构能够在地震作用下产生较大的变形，而不会发生破坏。

3. 损伤程度：通过观察结构在地震作用后的破坏情况，评价结构的损伤程度。

损伤程度越低，说明结构的抗震性能越好。

四、FRP加固RC框架结构的抗震韧性评价实验为了验证FRP加固RC框架结构的抗震韧性，本文进行了一系列实验。

实验中，首先对RC框架结构进行FRP加固处理，然后模拟地震作用下的结构响应。

通过对比加固前后的结构性能，评价FRP加固对RC框架结构抗震韧性的影响。

实验结果表明，FRP加固能够显著提高RC框架结构的能量耗散能力、延性性能和损伤程度等抗震性能指标。

ceb-fib model code 2010一、概述ceb-fib model code 2010是一种用于描述混凝土纤维增强复合材料（CFRP）的数学模型，它通过模拟混凝土中的纤维增强效应，为结构设计、材料选择和性能评估提供了重要的理论依据。

二、模型原理ceb-fib model code 2010基于纤维的增强效应和混凝土的力学性能，通过建立纤维和混凝土之间的相互作用关系，模拟纤维在混凝土中的分布、增强效果以及应力传递过程。

该模型综合考虑了纤维的长度、直径、分布以及混凝土的弹性模量、泊松比、强度等参数，能够较为准确地模拟CFRP在混凝土中的增强效果。

三、模型参数ceb-fib model code 2010需要输入以下参数：纤维的长度、直径、分布类型（随机或有序）、混凝土的弹性模量、泊松比、强度以及纤维与混凝土之间的粘结力等。

其中，纤维的直径和分布类型对模型的结果影响较大，需要准确设置。

四、模型输出ceb-fib model code 2010可以输出混凝土的应力-应变曲线、纤维的应力-应变曲线以及混凝土中纤维的分布情况等。

这些输出结果可以为结构设计、材料选择和性能评估提供重要的参考依据。

五、应用领域ceb-fib model code 2010广泛应用于桥梁、建筑、海洋工程等领域的结构安全评估和材料选择，可以有效地提高结构的安全性和可靠性。

六、注意事项在使用ceb-fib model code 2010时，需要注意输入参数的准确性和模型的适用范围，以确保模型的准确性和可靠性。

同时，还需要根据实际情况进行模型修正和优化，以提高模拟结果的准确性。

七、参考文献在文档末尾添加参考文献部分，列出相关资料和文献，以供读者参考。

八、致谢最后，对提供支持和帮助的人或机构表示感谢，可以是导师、同事、朋友或任何在ceb-fib model code 2010研发过程中给予帮助和支持的人或机构。

以上就是《ceb-fib model code 2010》的主要内容，希望能够为读者提供有价值的参考。

Malvar 模型Malvar 模型是第一个被建议用于FRP 筋的粘结一滑移本构关系的模型，该模型是Malvar 通过大量的不同外形FRP 筋在相同的混凝土强度下的粘结试验研究于1994年提出的()()221()12m m m m m s s F G s s s s F G s s ττ⎛⎫+- ⎪⎝⎭=⎛⎫⎛⎫+-+ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭式中，,m m s τ为峰值粘结应力和相应的滑移;F 和G 是根据各种类型筋试验拟合s τ-曲线得到的经验常数"对试件给定一个侧压力σ，Malvar 建议,m m s τ值的计算表达式为：1tC f mtA B e f τ-⎛⎫=+- ⎪ ⎪⎝⎭m s D E σ=+式中,σ是轴对称的侧限径向压力；t f 是混凝土抗拉强度；A,B,C,D,E 分别是各种筋试验的经验常数。

BPE 模型早在 1983 年，Eligehausen,Popov 和 Bertero 提出了变形钢筋数值分析的 BPE 模型。

该模型分别被 Faoro(1992 年)，Alunno Rossetti et al.(1995 年)和 Cosenza et al.(1995 年)。

成功地应用到 FRP 筋混凝土地结构分析中。

BPE 模型本构关系模型可表达为： 上升段 ()11//s s αττ= （1s s ≤）； 水平段 1ττ= ()12s s s <≤； 下降段 ()()()113232/s s s s ττττ=----()23s s s <≤； 残余应力段 3ττ= ()3s s >； 式中：2s ，3s ，3τ由试验确定； 1m ττ=——最大粘结强度； 1m s s =——对应于1τ相应的滑移；α——不大于1的曲线修正系数；改进的BPE 模型由于 BPE 模型是建立在钢筋混凝土上的，考虑到钢筋与 FRP 筋力学性能的较大差异，Cosenza et al （1996）.通过大量的 FRP 筋与混凝土的粘结试验发现，实际并不存在水平段，建议忽略 BPE 模型中的水平段，得到改进的 BPE 模型改进的模型（图 7-2）上升段仍与原 BPE 模型相同，取下降段的斜率为11/p s τ，对应的 FRP 筋与混凝土的粘结滑移本构关系模型如下：上升段 ()11//s s αττ= （1s s ≤）； 下降段 ()11/1/1p s s ττ=-- ()13s s s <≤； 残余应力段 3ττ= ()3s s >； 式中，3τ——摩擦力分量；,p α——参数在改进的 BPE 模型中，有三个参数：3,,p ατ。

文章编号:100926825(2009)0120106202钢筋混凝土受弯构件恢复力模型研究收稿日期:2008208218作者简介:吴年超(19832),男,助理工程师,江西赣粤高速公路工程有限责任公司,江西南昌　330013徐一卓(19822),男,助理工程师,西安市市政设施局桥梁维护管理所,陕西西安　710000吴年超　徐一卓摘　要:介绍了各种组成材料的恢复力模型,在此基础之上,对现今的混凝土构件恢复力模型存在的问题进行了阐述,为工程设计人员更好地理解此类构件的本构关系,同时为指导抗震设计工作提供一定的借鉴。

关键词:钢筋混凝土,抗震,恢复力模型,本构关系中图分类号:TU375文献标识码:A0　引言在抗震设计中,对于预应力混凝土构件的塑性铰截面是否具有足够的能量耗散能力是备受关注的问题。

结构或构件在荷载循环往复作用下得到的荷载—变形曲线叫做滞回曲线,滞回曲线的外包络线称为骨架曲线。

滞回曲线与骨架曲线合称恢复力曲线,它表示结构或构件的变形履历过程[1]。

实际的恢复力特性需简化成一定的恢复力模型才能用于结构分析与计算。

恢复力模型是描述结构所受外力与仅由此外力引起的位移之间的函数关系的数学模型。

1　钢筋的应力—应变滞回关系研究早在1887年,德国J ,Bauschinger 通过对钢材的拉压试验,指出当钢材在一个方向加载屈服后,反向加载屈服应力显著降低。

此后这种现象就被称作“包辛格效应”。

钢筋的滞回特性常通过应力、应变的隐式函数来描述,主要有两种方法:1)基于钢筋的应力—应变本构关系;2)基于几何近似的有限单元表达式,如基于位移的考虑几何约束的有限单元和截面模型。

钢筋混凝土构件中考虑钢筋的包辛格效应对构件滞回性能影响的研究始于20世纪60年代。

Singh 等于1965年指出钢筋的包辛格效应会影响钢筋混凝土构件塑性阶段的滞回性能。

此后,Agrawl ,Brown 以及K ent 等开展了钢筋应力—应变滞回特性的研究,提出了许多考虑钢筋硬化和包辛格效应的应力—应变滞回模型。