基于修正混凝土塑性损伤模型的大应变FRP约束混凝土有限元分析

精确的有限元分析(FEA)依赖于材料的准确定义。通过编写用户子程序UMAT实现了大断裂应变纤维增强聚合物(LRS FRP)在纤维方向上拉伸特性的定义。基于Abaqus中混凝土塑性损伤模型的理论框架,提出了一种改进的混凝土塑性损伤模型用于定义LRS FRP约束混凝土的材料特性。这些改进包括:通过LRS FRP约束混凝土的实验数据校准了与屈服准则相关的参数K;硬化/软化准则与约束刚度相关;流动法则与轴向塑性应变相关。采用修改后的材料模型进行FEA,结果表明:FEA预测的应力-应变曲线与实验结果吻合。基于FEA的结果,讨论了矩形柱截面上应力分布的不均匀性,根据约束效果可分为有效约束区域和弱约束区域,且在约束有效区域上应力分布不均匀性随着截面比(长边/短边)的增加而增加。

基于刚度的大应变FRP约束混凝土模型及其在桥梁抗震加固中的应用

大应变纤维增强复合材料(LRS FRP)由于断裂应变大的特点(>5%),可能在桥墩结构抗震加固中带来较好的延性,近年来成为国内外研究的热点。大应变FRP约束混凝土应力-应变关系设计模型是加固桥墩抗震分析的基础。通过LRS FRP约束混凝土的单调轴压试验,研究了FRP约束刚度参数对应力-应变关系的影响。与基于强度的设计模型由FRP断裂应变确定FRP约束混凝土应力应变关系曲线第2段的斜率(即轴向刚度)不同,轴向刚度由FRP的约束刚度参数决定,由此建立了单调轴压下LRS FRP约束混凝土基于刚度的设计模型。对LRS FRP约束混凝土往复轴压参数(例如卸载曲线、再加载曲线和塑性应变)进行了分析研究,发现塑性应变和应力损伤是影响LRS FRP约束混凝土往复轴压性能的2个关键参数。通过重新定义这2个关键参数,将现有往复轴压荷载作用下传统FRP约束混凝土应力-应变模型推广到LRS FRP约束混凝土。最后,将该模型通过二次开发的方法添加到OpenSees软件平台,对FRP加固桥墩柱的拟静力试验进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合良好,验证了基于刚度模型在桥梁抗震加固分析中的有效性。