FRP约束超高性能混凝土圆柱轴压本构模型

南 交 通 大 学 学 报 西 第 ５０ 卷 第 ４期 ２０１５ 年 ８月 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＳＯＵＴＨＷＥＳＴ ＪＩＡＯＴＯＮＧ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ：０２５８２７２４（ 文 ２０１５ ） ０４０６４１０７ ＤＯＩ： １０． ３９６９ ／ ｊ． ｉｓｓｎ． ０２５８２７２４． ２０１５． ０４． ０１１ 章 编 号
收 稿 日 期 ：２０１４１０１６ ５１３７８０３２ ） ８１４２００５ ） 基 金 项 目 ：国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ；北 京 市 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ 作 者 简 介 １９６１ － ） １３１６１０３１９１０ ， Ｅｍａｉｌ： ｄｅｎｇｚｃ＠ ｂｊｕｔ． ｅｄｕ． ｃｎ ：邓 宗 才 （ ， 男 ， 教 授 ， 博 士 ， 博 士 生 导 师 ， 研 究 方 向 为 纤 维 混 凝 土 结 构 ， 电 话 ： 引 文 格 式 ：邓 宗 才 ， 王 义 超 束 超 高 性 能 混 凝 土 圆 柱 轴 压 本 构 模 型 ［ 南 交 通 大 学 学 报 ， ：６４１６４７． ． ＦＲＰ 约 Ｊ］ ． 西 ２０１５ ， ５０ （ ４）
Ｖｏｌ． ５０ Ｎｏ． ４ Ａｕｇ． ２０１５
ＦＲＰ
约 束 超 高 性 能 混 凝 土 圆 柱 轴 压 本 构 模 型
１００１２４ ） （ 北 京 工 业 大 学 城 市 与 工 程 安 全 减 灾 省 部 共 建 教 育 部 重 点 实 验 室 ，北 京
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
邓 宗 才 ， 义 超 王
Ａｘｉａｌ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ＳｔｒｅｓｓＳｔｒａｉｎ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ＵＨＰＣ Ｃｙｌｉｎｄｅｒｓ Ｃｏｎｆｉｎｅｄ ｂｙ ＦＲＰ
（Ｔｈｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｕｒｂａｎ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｄｉｓａｓｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００１２４ ，Ｃｈｉｎａ）
：为 研 究 纤 维 增 强 复 合 材 料 （ 约 束 超 高 性 能 混 凝 土 （ 圆 柱 体 的 轴 压 性 能 ， 对 约 束 要 ＦＲＰ） ＵＨＰＣ） ３０ 根 ＦＲＰ 布 摘 ３根 ＵＨＰＣ 圆 ＦＲＰ 种 ＵＨＰＣ 轴 无 约 束 柱 体 进 行 了 轴 心 抗 压 试 验 ， 分 析 了 类 、 纤 维 布 层 数 和 约 束 形 式 对 压 性 能 和 的 影 响 规 律 据 试 验 结 果 ， 同 时 考 虑 约 束 刚 度 和 纤 维 布 极 限 应 变 的 影 响 ， 通 过 回 归 得 到 了 约 束 试 件 强 度 和 极 限 ．根 应 变 预 测 公 式 ， 并 对 型 中 的 截 距 进 行 了 修 正 究 结 果 表 明 ： 约 束 比 和 侧 向 约 束 刚 度 是 影 响 约 束 试 ＬａｍＴｅｎｇ 模 ．研 件 强 度 和 极 限 应 变 的 主 要 因 素 ； 约 束 试 件 的 应 力 变 曲 线 由 抛 物 线 和 直 线 段 组 成 ； 改 进 后 型 的 拟 应 ＬａｍＴｅｎｇ 模 ０． ９６ ， 应 ． 合 优 度 均 值 为 能 更 精 确 地 预 测 约 束 试 件 的 应 力 变 关 系 ＦＲＰ） ＵＨＰＣ） 应 ：纤 维 增 强 复 合 材 料 （ ； 超 高 性 能 混 凝 土 （ ； 约 束 混 凝 土 ； 轴 心 抗 压 ； 应 力 变 曲 线 关 键 词 ：ＴＵ３７５． ３ 文 ：Ａ 中 图 分 类 号 献 标 志 码
６４２
１ ２ ２ ３４ ５１０
１
１． １
３ ＵＨＰＣ 组 表 分 及 配 比 试 件 设 计 与 材 料 Ｔａｂ． ３ Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｍｉｘ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ＵＨＰＣ 制 作 了 圆 柱 体 试 件 ， 其 中 为 纤 维 共 ３３ 个 ３０ 个 胶 凝 材 料 胶超 钢 纤 维 减 水 剂 ３个 ． ＵＨＰＣ 圆 为 无 约 束 试 件 柱 体 试 件 水 布 约 束 试 件 ， 细 普 通 高 炉 石 英体 比 积 率 量 分 数 ／％ 质 ／％ 直 径 维 布 分 别 为 碳 纤 高 度 为 ２００ ｍｍ， １００ ｍｍ． 纤 水 泥 水 泥 矿 渣砂 ．试 件 编 号 ０． ２ ０． ５ １ １ ２． ２７ ２ 维 、 芳 纶 纤 维 、 玻 璃 纤 维 和 玄 武 岩 纤 维 布 １． ２ 见 表 中 ， 字 母 代 表 纤 维 布 种 类 （Ｃ、 １． 其 Ａ、 Ｂ、 Ｇ分 件 制 作 别 代 表 碳 纤 维 、芳 纶 纤 维 、玄 武 岩 纤 维 和 玻 璃 纤 １． ２ 试 内 径 切 割 为 高 度 １００ ｍｍ 的 ＰＶＣ 管 ２００ ｍｍ 表 碳 将 维 ） ， 后 面 的 数 字 为 纤 维 布 层 数 ， 如 Ｃ４ 代 ４层 的 管 子 ， 一 端 用 塑 料 板 封 堵 固 定 ； 将 拌 合 均 ＰＶＣ 管 纤 维 布 约 束 件 ＵＨＰＣ 试 ． 匀 的 装 入 中 ， 在 振 动 台 上 振 ＵＨＰＣ 分 ３次 ＰＶＣ 管 １ 试 表 件 编 号 捣 密 实 ， 放 入 标 准 养 护 室 养 护 ３ ｄ后 ＰＶＣ 管 ， 将 去 Ｔａｂ． １ Ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｎｕｍｂｅｒｉｎｇ 掉 ， 再 将 件 自 然 养 护 用 砂 轮 机 对 试 ＵＨＰＣ 试 ２５ ｄ； 试 件 编 号纤 维 布 层 数ＦＲＰ 总 厚 度 件 数 量 件 ｔ ／ ｍｍ 试 两 端 进 行 打 磨 ， 确 保 其 平 整 ； 然 后 ， 在 纤 维 布 上 涂 — — Ｐ ３ 刷 浸 渍 胶 ， 将 浸 透 树 脂 的 纤 维 布 缠 绕 在 ＵＨＰＣ 表 Ｃ４ ４ ３． ９２ ３ 面 层 纤 维 布 搭 接 长 度 为 胶 固 化 ．每 １６０ ｍｍ， ３ ～５ ｄ Ｃ６ ６ ５． ８８ ３ 后 开 始 试 验 ． Ａ２ ２ ２． ０１ ３ Ａ４ ４ ４． ２０ ３ 载 装 置 与 应 变 测 定 １． ３ 加 Ａ６ ６ ６． ３０ ３ 采 ３ ＭＮ 的 ．加 用 液 压 试 验 机 加 载 载 前 先 预 压 Ｂ４ ４ ４． ００ ３ ， 校 正 仪 表 、 仪 器 和 试 件 后 分 级 加 载 载 速 率 ３次 ．加 Ｂ６ ６ ６． ００ ３ 为 １１０ ｋＮ ／ ｍｉｎ． 试 验 中 主 要 测 定 试 件 的 轴 向 压 力 、 Ｇ２ ２ ２． ０２ ３ 轴 向 和 环 向 应 变 向 应 变 、 环 向 应 变 均 由 对 称 粘 ．轴 Ｇ４ ４ ４． ０４ ３ 轴 向 应 变 片 和 环 向 应 变 ２个 ２个 贴 在 试 件 中 部 的 Ｇ６ ６ ６． ０６ ３ 片 量 测 ． 对 单 层 纤 维 布 浸 透 树 脂 胶 后 形 成 的 纤 维 增 强 试 验 机 上 下 承 压 板 上 安 装 位 移 计 和 ２个 ２个 ［ ］ 聚 合 物 板 进 行 了 轴 向 拉 伸 试 验， 板 的 厚 度 和 力 １个 ．荷 力 传 感 器 ， 分 别 测 定 试 件 轴 向 位 移 和 荷 载 学 指 标 见 表 ２（ ＣＦＲＰ、 ＡＦＲＰ、 ＢＦＲＰ 和 ＧＦＲＰ 分 别 代 载 据 采 集 系 统 自 动 采 集 ＩＭＰ 数 ． 、 应 变 和 位 移 均 由
西 第 南 交 通 大 学 学 报 ５０ 卷 ［ ］． 超 和 抗 震 性 能 高 性 能 混 凝 土 （ｕｌｔｒａｈｉｇｈ 表 碳 纤 维 、 芳 纶 纤 维 、 玄 武 岩 纤 维 和 玻 璃 纤 维 布 增 组 分 及 其 配 比 见 表 聚 合 物 板 ） ． ＵＨＰＣ 的 ３． 其 有 超 高 强 和 高 耐 久 强 ＵＨＰＣ ）具 ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ， ， 水 泥 有 硅 酸 盐 水 泥 和 超 细 硅 酸 ４２． ５ 级 ５２． ５ 级 性 等 显 著 优 点 ， 对 于 减 轻 结 构 自 重 、 提 高 结 构 安 全 中 ［ ］ 水 泥 ； 磨 细 高 炉 矿 渣 为 比 表 面 积 Ｓ９５， ４０８ ｍ ／ ｋｇ； 维 增 强 聚 合 物 约 盐 性 和 耐 久 性 具 有 重 要 意 义． 纤 ［ ］ 天 然 石 英 砂 粒 径 减 水 剂 采 用 复 ０． ２１２ ～ ０． ４２５ ｍｍ； 束 是 一 种 性 能 优 越 的 新 型 组 合 柱． ＵＨＰＣ 柱 的 西 卡 高 效 聚 羧 酸 减 水 剂 ， 消 泡 剂 为 减 水 剂 固 体 目 前 ， 国 内 外 对 约 束 普 通 混 凝 土 的 轴 配 ＦＲＰ 布 量 的 ３％ ； 钢 纤 维 为 上 海 贝 尔 卡 特 有 限 公 司 生 产 应 压 性 能 及 其 应 力 变 关 系 模 型 进 行 了 大 量 试 验 研 含 ［ ］ 长 径 比 ０． １２ ｍｍ， ６６． ７ ， 微 细 高 强 钢 纤 维 ， 直 径 出 了 一 些 本 构 模 型 对 的 究 和 理 论 分 析 ，提 ． 但 ２ ８５０ ＭＰａ． 拉 强 度 大 于 约 束 压 特 性 及 其 本 构 模 型 的 研 究 抗 ＦＲＰ 布 ＵＨＰＣ 轴 们 分 别 采 用 碳 纤 维 、 芳 纶 纤 维 、 玻 璃 纤 ．我 鲜 见 报 导 ２ 纤 表 维 增 强 聚 合 物 板 的 厚 度 及 力 学 指 标 维 和 玄 武 岩 纤 维 布 缠 绕 约 束 柱 体 ， 测 定 其 ＵＨＰＣ 圆 Ｔａｂ． ２ Ｔｈｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ ｐｌａｔｅｓ 约 束 柱 体 的 轴 压 轴 压 性 能 ， 并 与 ＦＲＰ 管 ＵＨＰＣ 圆 板厚 度 抗 拉 弹 性 极 限 ／ 试 验 结 果 进 行 比 较 ， 提 出 了 轴 压 强 度 、 极 限 压 应 变 ＦＲＰ 种 类 强 度 量 变 ｍｍ ／ ＭＰａ 模 ／ ＧＰａ 应 ／％ 的 计 算 公 式 ； 研 究 了 典 型 束 普 通 混 凝 土 的 ＣＦＲＰ ０． ９８ ６１５ ＦＲＰ 约 ５０． ７ １． ２ 应 力 变 本 构 模 型 对 于 束 适 用 ＡＦＲＰ １． ０５ ４０１ 应 ＦＲＰ 约 ＵＨＰＣ 的 ３８． １ １． １ ． 性 ， 提 出 了 修 正 的 本 构 模 型 ＢＦＲＰ １． ００ ２６０ ３７． ４ ０． ７
Ａｂｓｔｒａｃｔ
ＤＥＮＧ Ｚｏｎｇｃａｉ ＷＡＮＧ Ｙｉｃｈａｏ
，
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：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ＦＲＰ （ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ） ｃｏｎｆｉｎｅｄ ＵＨＰＣ （ ｕｌｔｒａｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ） ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｕｎｄｅｒ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ， ３０ ＦＲＰ ｃｏｎｆｉｎｅｄ ＵＨＰＣ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ａｎｄ ３ ｕｎｃｏｎｆｉｎｅｄ ＵＨＰＣ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ． Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ＦＲＰ ｔｙｐｅｓ，ｌａｙｅｒｓ ｏｆ ｆｉｂｅｒ ｓｈｅｅｔｓ，ａｎｄ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ （ ＦＲＰ ｔｕｂｅ ｏｒ ＦＲＰ ｓｈｅｅｔ ） ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｃｏｎｆｉｎｅｄ ＵＨＰＣ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｂａｓｅｄ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｔｒａｉｎｔ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ， ｎｅｗ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｓｔｒａｉｎ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｉｎ ａｄｄｉｔｉｏｎ，ｔｈｅ ＬａｍＴｅｎｇ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｂｙ ｒｅｖｉｓｉｎｇ ｉｔｓ ａ ｐａｒａｍｅｔｅｒ． Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｌａｔｅｒａｌ ｒｅｓｔｒａｉｎｔ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｍａｊｏｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｓｔｒａｉｎ ｏｆ ｃｏｎｆｉｎｅｄ ＵＨＰＣ ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ａ ｃｏｎｆｉｎｅｄ ｓｐｅｃｉｍｅｎ ｉｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｄ ｏｆ ａ ｐａｒａｂｏｌａ ａｎｄ ａ ｓｔｒａｉｇｈｔ ｌｉｎｅ ｓｅｇｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ＬａｍＴｅｎｇ ｍｏｄｅｌ ｈａｓ ａ ｇｏｏｄｎｅｓｓ ｏｆ ｆｉｔ ｏｆ ０． ９６ ， ｓｏ ｉｔ ｃａｎ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｃｏｎｆｉｎｅｄ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｍｏｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ；ｕｌｔｒａｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｃｏｎｃｒｅｔｅ；ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｓｔｒｅｓｓｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅ 纤 ．用 维 增 强 复 合 材 料 （ｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｐｏｌｙｍｅｒ， 等 优 良 性 能 ，已 在 土 木 工 程 中 得 到 广 泛 应 用 具 有 轻 质 、 高 强 、 耐 腐 蚀 、 耐 久 性 和 施 工 方 便 ＦＲＰ 约 束 混 凝 土 柱 ， 可 提 高 柱 的 承 载 力 、 变 形 能 力 ＦＲＰ）