碳纤维约束混凝土圆柱本构关系参数确定方法研究

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1、铁道建筑RailwayEngineering98文章编号：1003—1995(2010)04-0098-03碳纤维约束混凝土圆柱本构关系参数确定方法研究胡忠君，潘景龙(1．吉林大学建设工程学院，长春130026；2．哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨150090)摘要：通过收集和分析国内外大量圆形截面碳纤维约束混凝土试件的试验数据，发现不同文献在碳纤维约束混凝土试件破坏时的实测拉断应变存在较大的系统偏差，从而导致由约束强度．来确定其强度和应力一应变表达式中的有关参数取值不具有通用性。认为，碳纤维对试件的约束刚度C和混凝土特性决定了应力一应变曲线的形式，而碳纤维拉断应

2、变仅决定了曲线的终点。关键词：碳纤维约束混凝土应力一应变曲线约束刚度约束强度中图分类号：TU528．582文献标识码：A表1碳纤维拉断应变统计1回顾与认识已有碳纤维约束混凝土的强度和应力一应变关系表达式大多建立在核心混凝土强度．和约束强度为主要依据的基础上，这可能是沿用了混凝土多轴受力或钢管混凝土或螺旋配筋柱的研究手法。这里的约注：s为碳纤维拉断应变。束强度．被定义为此，不能单一地理解为一般的离散性结果。：f／=Ef~fut／R(1)若文献[1-3]各以式(1)为变量来回归碳纤维约式中，，，、E，、分别为碳纤维受拉试件测得的碳纤维束混凝土强度，必然存在较大差异而不能

3、共用。例强度、弹性模量和极限拉应变；t为外包碳纤维的厚如，采用文献[4-6]等最常用的强度表达式度；R为圆形试件的半径。文献[1]认为，碳纤维约束fccf=fe+Vcf02混凝土试件破坏时的环向应变远低于碳纤维受拉试件式中，k为约束效应系数，经回归文献[1-3]分别为的极限拉应变，因此，不宜用式(1)的公称值，而应取2．25，3．20，1．48。客观存在的这种系统偏差，依靠收用按碳纤维约束混凝土试件破坏时的环向拉应变平均集百家数据予以统一，并非万全之策。作者认为，宜将值计算得的有效约束强度。。碳纤维约束混凝土破坏时的碳纤维拉断应变，亦作本文在收集和分析了大量碳纤维约

4、束混凝土试验变量，引入表达式中，并分门类别地统计，的取值。数据后发现，即使采用同一品种的纤维缠绕的碳纤维至于各学者实测间存在系统偏差的原因，目前尚不约束混凝土圆柱形试件，轴压破坏时的碳纤维拉断应清楚。一个不容忽略的因素是碳纤维材料的线弹性性变实测值不仅一般低于碳纤维受拉试件的极限拉应质，决定了它不具备应力重分布的可能，因此，它对粘变，更重要的是各学者间存在较为明显的系统偏差，因结剂品种、缠绕工艺、混凝土表面质量、裂缝等因素较而导致各自建立在上述参数基础的强度和应力一应变为敏感。关系表达式不具有通用性。表1列出了文献[1—3]的对混凝土强度为缠绕碳纤维的约束混凝土，随

5、试验结果统计，它们均用弹性模量大致为200～240缠绕纤维量的不同，可表现出两种不同的性质。纤维GPa的碳纤维布制成的碳纤维约束混凝土，但三者的量较少时，应力一应变全过程曲线存在下降段，破坏特环向拉断应变平均值8相差甚大，与碳纤维受拉试征是外包碳纤维的拉断发生在峰值应力之后；纤维量件的极限拉应变s的比值亦不相同。数理统计可证超过一定数量后，全过程曲线不存在下降段，破坏特征实，即使以0．001的信度判别，其差别亦是显著的。因是外包碳纤维拉断恰好为约束混凝土达到强度极限，或者说碳纤维拉断决定了约束混凝土的强度。它是本收稿日期：2009．11—16；修回日期：2010-0

6、1—12文所要研讨的内容。作者简介：胡忠君(1978～)，男，吉林敦化人，讲师，博士研究生。圆形截面碳纤维约束混凝土试件受载过程中每～2010年第4期碳纤维约束混凝土圆柱本构关系参数确定方法研究瞬间的约束应力可由下式计算(E一E2)⋯c2sc=cJ(3)=Eft／R(4)式中，E，为曲线原点切线模量，取核心混凝土弹性模式中，c为约束刚度，其物理含义是FRP单位应变产量，即E=4730。尽管文献[2]认为应考虑碳纤生的约束应力；，为试件的环向应变。若把碳纤维对维的约束影响，但正如文献[2]所分析的那样取非约核心混凝土的约束应力看作一种外载，一，曲线实束核心混凝土模量误

7、差很小。为强化段斜率，称第质上可理解为以内力形式表示出的核心混凝土受到的二斜率。为强化段直线在纵轴(为混凝土的压应竖向荷载和侧向约束荷载的加载历程曲线，侧向约束力)上的截距。n为曲线形状参数，实际上它决定了全荷载(均布压力)即按式(3)计算。由式(3)可见，侧过程曲线的第二阶段曲线的曲率及弧长，n越大，曲率向约束荷载的变化过程仅取决于碳纤维的约束刚度越大，较快地进入强化段，一般取1．5～2．0。c和环向应变艿，也仅取决于外包纤维的刚度c，由式(5)可见，需要确定的参数首先是强化段近和核心混凝土的侧向膨胀特性，而碳纤维拉断应变，似直线在纵坐标轴上的截距厂0。按文献