RP约束混凝土柱徐变特性的理论分析

RP约束混凝土柱

FRP约束混凝土柱徐变特性的理论分析

陶 忠 于 清

(福州大学土木建筑工程学院 福州 350002)

摘 要:提出了FRP约束混凝土的徐变分析模型和计算方法,分析了加载龄期和持荷时间、轴压比、含FRP率、FRP强

度和混凝土强度等因素对徐变特性的影响规律。然后提出考虑徐变影响后的FRP约束混凝土在轴心受压时的应力-应变关系模型,在此基础上,利用数值方法计算出FRP约束混凝土轴心受压构件考虑徐变影响的荷载-变形关系全过程曲线,并分析了轴压比、长细比、含FRP率、FRP强度和混凝土强度等不同参数情况下徐变对FRP约束混凝土柱承载力的影响。

关键词:FRP约束混凝土 柱 徐变 徐变系数 应力-应变关系模型 承载力

THEORETICALANALYSISOFTHECREEPCHARACTERISTICSOF

FRP-CONFINEDCONCRETECOLUMNS

TaoZhong YuQing

(CollegeofCivilEngineeringandArchitecture,FuzhouUniversity Fuzhou 350002)

Abstract:Anattempttopredictthetime-dependentbehaviorofFRP-confinedconcretecolumnsbymeansofamodelthatisproposedin

thispaper.Basedonthetheoreticalmodel,influencelawoftheloadingtime,timeundersustainedloading,loadratio,FRPratioandstrengthofthematerialsonthecreepcharacteristicsisanalyzed.Anattempttopredictthestress-strainrelationsofthecoreconcreteaftersustainingaxiallycompressiveloadbymeansofamodelthatisproposedinthispaper.Theload-deformationbehavioroftheFRP-confinedconcretecolumnswascomputed,andtheinfluenceofthechangingloadratio,slendernessratio,FRPratioandstrengthofthematerialsonthebearingcapacityofthemembersaftercreepwasdiscussed.

Keywords:FRP-confinedconcrete column creep creepcoefficient stress-strainmodel bearingcapacity

随着FRP约束混凝土在桥梁、各类民用建筑、海洋和近海、地下工程等建筑结构中应用的日益增多,其徐变问题亦变得越来越突出,但目前尚未见相关的理论和试验研究方面的报道。

本文提出FRP约束混凝土的徐变分析模型和计算方法,分析了FRP约束混凝土轴压构件徐变变形特点。然后考虑徐变的影响,对FRP约束混凝土轴压构件的承载力进行了理论分析,进而考察了不同参数情况下徐变对轴压构件承载力的影响。1 徐变模型及徐变计算方法111 FRP约束混凝土的徐变模型

要进行FRP约束混凝土的徐变计算,必须首先确定其徐变模型。

影响混凝土徐变的因素很多,内部因素有水泥品种、骨料含量和水灰比等。外部因素有加荷龄期、加荷应力比(加荷应力与混凝土强度之比)、持荷时间、环境相对湿度、结构尺寸等。描述混凝土徐变

[1][2]

特性的模型有很多,例如ACI(1992)、CEBPFIP(1984,1990)

[3]

[1]

FRP约束混凝土的徐变特性和非约束混凝土的区别主要在于:(1)当混凝土被外围FRP管所包裹时,FRP约束混凝土处于密闭状态,与周围环境基本没有湿度交换;(2)FRP约束混凝土在受力过程中,

混凝土由于受到FRP的约束可能会处于复杂受力状态。

混凝土徐变模型一般以徐变系数U(t,S)的形

[1]

式来表达,U(t,S)为混凝土徐变与S时刻加载结束时的即时弹性应变之比,即:

Ecc(t)式中 R)))作用在混凝土上的常应力;

U(t,S)=

Ecc)))R作用下混凝土的徐变应变;E(S))))龄期S施加荷载时混凝土的弹性模量。

为了便于FRP约束混凝土徐变特性的全过程分析,参考式(1)所示的形式,本文定义FRP约束混凝土的徐变系数U(t,S)为混凝土徐变Ecc(t)与S时刻加载结束时的即时纵向应变ES之比,即:

第一作者:陶 忠 男 1973年1月出生 讲师 博士研究生收稿日期:2001-01-04

(1)

和BP-KK

[1]

模型等。但没有一种模

型能将上述影响混凝土徐变的所有因素都考虑进

去,因而各模型都有其一定的适用范围。

1No14

工业建筑 31期

RP约束混凝土柱

U(t,S)=

Ecc(t)S

(2)

发生改变,因而进行徐变计算需要选择一种合适的方法以考虑这种变化。进行钢筋混凝土构件徐变计算时常用的方法主要有有效模量法、老化理论、弹性

徐变理论、弹性老化理论、继效流动理论以及龄期调整有效模量法等。本文选用龄期调整有效模量法进行FRP约束混凝土构件徐变的计算。

这些方法都假定徐变与应力的关系为线性,并都服从Boltzman叠加原理)))在变应力作用下时间t时的总应变E(t)为每一应力增量$R(t)引起应变的总和。

对混凝土在初始加荷龄期S0时施加初始应力RS0,其后应力发生连续变化,总应变一般可表示为:E(t)=

=

RS0R(t)-RS0

[1+U(t,S0)]+E(SE(t,S0)0)RS0R(t)-RS0

[1+U(t,S0)]+#E(S0)E(S0)[1+V(t,S0)U(t,S0)]

(4)

[1]

当FRP约束混凝土构件的荷载-变形关系处于弹性阶段时,式(2)与式(1)一致;当FRP约束混凝土构件处于弹塑性阶段时,其应力和应变之间的关系为非线性,利用式(2)计算徐变的结果将比利用式(1)的计算结果大,两者差别的大小取决于应力和应变间非线性性质。可见,利用式(2)不仅可以计算

FRP约束混凝土的线性徐变,也可以计算其非线性徐变。

在利用式(2)计算FRP约束混凝土的徐变时,由于计算ES时可以考虑了FRP对核心混凝土的约束作用,因而模型中自然就考虑了FRP和混凝土之间的组合作用。纵向应变ES可以按照文献[4]介绍的对FRP约束混凝土轴压构件荷载-变形全过程分析方法求得。

对于先预制FRP管然后再向管中浇筑混凝土的构件,由于混凝土被外围FRP管所包裹而处于密闭状态,其环境湿度系数(RH)可以考虑采用CEBPFIP规范提供的值为90%(很潮湿的大气)

[3]

其中,E(t,S0)为龄期调整的有效模量,V(t,S0)为龄期调整系数,也称为老化系数,用来考虑混凝土在较长时期内不断变小的徐变能力。本文选用文献[5]给出的模型,即:

V(t,S0)=

(5)-00)1-0191e

。

根据以上分析,要对FRP约束混凝土构件进行徐变计算,可以选择一个当前应用比较广泛的混凝土徐变模型,并根据构件的实际制作情况对其徐变模型中的相对湿度进行取值。

考虑到上述因素,本文在进行FRP约束混凝土构件的徐变计算时选用了CEBPFIP(1990)模型

[3]

在长期荷载作用下,FRP约束混凝土由于核心混凝土发生徐变后应力持续降低,卸掉的荷载将不断转移到钢筋上,混凝土将发生瞬时弹性恢复和徐

变恢复。

若令经过一段时间t后混凝土应力的降低量$Rt为:

$Rt=RS0-R(t)

则式(4)可改写为:

E(t)=

R$RtS0

[1+U(t,S0)]--E(S0)E(S0)$Rt

V(t,S0)U(t,S0)E(S0)

(7)(6)

。

该模型中考虑了环境相对湿度、构件尺寸、混凝土强度、加载龄期和持荷时间等因素的影响,其基本表达形式为:

U(t,S)=<RHB(fcm)B(S)Bc(t-S)

式中

<RH

1-=1;

h0

0146

fcm;B(S)=;

011+(S)H18

013

(3)

B(fcm)=

式(7)中的第一项为即时弹性应变和常应力RS0作用下的徐变应变之和,第二项为卸载产生的瞬时弹性恢复,最后一项为卸载产生的徐变恢复。

由于式(7)是通过弹性推导得出的,其中包含了混凝土的弹性模量,为将其应用到弹塑性范围,需要对其进行变换。由于FRP约束混凝土轴压构件可以利用荷载-变形关系进行全过程分析,得出构件初 …… 此处隐藏：3827字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……