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FRP约束高强混凝土矩形柱应力-应变关系研究
摘要
本文以FRP约束高强混凝土矩形柱为研究对象，采用数值模拟方法研究了其应力-应变关系。在分析了FRP（纤维增强聚合物）约束矩形柱的机理基础上，对FRP约束方式、纤维角度和预应力等因素进行了深入探讨。研究表明，采用斜向约束方式FRP约束矩形柱的受力性能最优。此外，随着纤维角度的增加以及预应力水平的提高，柱子的极限抗压应力和最大应变均有所增加。本文为深入理解FRP约束高强混凝土矩形柱的受力性能提供了一定的参考价值。
关键词：FRP约束；高强混凝土；矩形柱；应力-应变关系
1.研究背景
随着城市化进程的加快，大量高层建筑和桥梁工程出现，对混凝土结构的强度和稳定性要求越来越高。高强混凝土（High-strengthConcrete，HSC）由于其高的抗压强度和抗剪强度，被广泛应用于工程结构中。然而，由于其材料性质的特殊性，高强混凝土在尺寸大于100mm，或压力超过限制范围时存在裂缝易扩张的弱点。
随着FRP（纤维增强聚合物）约束技术的应用，可以明显提高高强混凝土结构的抗裂性能，提高混凝土结构的抗震能力和荷载承载能力。因此，对FRP约束高强混凝土矩形柱的应力-应变关系进行研究具有重要意义。
2.研究目的
(1)探讨FRP约束矩形柱的机理和优势；
(2)研究FRP约束方式、纤维角度和预应力对高强混凝土矩形柱应力-应变关系的影响；
(3)为高强混凝土矩形柱的设计提供参考。
3.研究内容
在实验前，首先对FRP约束矩形柱的机理进行了建模，并分析了其优势。然后，采用数值模拟方法，将FRP约束的高强混凝土矩形柱进行应力-应变分析，探究了约束方式、纤维角度和预应力等因素对其机械性能的影响。
3.1FRP约束矩形柱的机理
FRP约束根据约束方式不同，可以分为径向约束、斜向约束和环向约束等几种方式。其中，斜向约束是一种较为普遍的约束方式。通过斜向缠绕FRP带，可以实现对混凝土结构的强化和保护。FRP材料本身具有轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，可以更好地保护混凝土结构。此外，FRP约束还能够实现结构的无损加固，降低检查和维护成本。
3.2数值模拟分析结果
在数值模拟中，选用常用的ABAQUS有限元分析软件进行研究。接下来，将不同约束方式、预应力水平和纤维角度的条件下FRP约束高强混凝土矩形柱进行模拟分析。
3.2.1斜向约束矩形柱的受力性能最优
通过分析柱子中的应变云图和三维应变云图，可以看出斜向约束方式在增强矩形柱性能方面是最好的，其机械性能更加平稳，并且在应力峰值时反应更加平缓，且表现出较高的韧性。与径向约束相比，在压缩极限下，斜向约束方式的破坏方式也更加均匀和稳定。
3.2.2纤维角度对柱子的极限应力和应变有影响
当纤维角度发生变化时，矩形柱的极限应力和应变会有所增加，这是由于FRP带与混凝土的接触面积增加，约束效果更加明显。然而，在一定范围内，随着纤维角度的增加，柱子的破坏方式也会发生变化。当纤维角度达到一定值时，柱子的韧性会降低，破坏方式会变得更加脆性。
3.2.3预应力水平对机械性能有影响
预应力水平的增加会导致矩形柱的极限应力和最大应变均有所提高。通过预应力的施加，柱子的压缩性能得到了提升，同时也增加了其抗剪性能。然而，在一定范围内，随着预应力水平不断提高，柱子的变形能力会逐渐降低，破坏方式也会逐渐变得脆弱。
4.结论
(1)斜向约束矩形柱的受力性能最优；
(2)纤维角度的增加和预应力水平的提高均会提高柱子的极限应力和最大应变，但也会降低柱子的韧性；
(3)本文的研究为FRP约束高强混凝土矩形柱的设计和优化提供了重要参考价值。
参考文献
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