基于长短期记忆网络的FRP约束混凝土圆柱循环轴压应力-应变预测模型

纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)已被广泛应用于既有混凝土结构的加固改造和新建结构中。FRP约束混凝土柱在地震作用下通常会受到轴压的往复循环作用,研究FRP约束混凝土在循环轴压作用下的应力-应变特性对于FRP在实际工程中的应用具有重要意义。该文提出了一种用于建模循环轴压下FRP约束混凝土柱应力-应变特性的神经网络预测模型,该模型采用长短期记忆(Long short-term memory,LSTM)单元对循环应力-应变曲线中的滞回特性进行建模,构件的物理参数被有效地集成在网络的输入中。该模型能以端到端的方式进行高效的训练且不依赖任何专家经验。制作了一个包含166个FRP约束普通混凝土柱的循环轴压数据库,在该数据库上对模型的准确性和鲁棒性进行了充分的评估,结果表明测试集平均预测误差仅为0.32 MPa。此外,对网络结构和超参数的影响进行了详细的讨论,结果表明该模型具有出色的预测性能。

FRP约束混凝土柱的修正Drucker-Prager模型

Drucker-Prager(DP)模型中,摩擦角和内聚力相关的参数决定屈服、硬化软化准则,与膨胀角相关的参数决定流动法则。通过对试验样本数据的分析,确定了摩擦角的影响因素,将摩擦角定义为塑性应变的函数;进而由DP模型的屈服准则更新了内聚力模型。通过计算侧向塑性应变与轴向塑性应变的比率,建立了考虑约束刚度比的膨胀角模型。基于ABAQUS中的USDFLD子程序对修正后DP模型参数实现自定义,结果表明提出的修正后的DP模型可以很好地预测FRP约束混凝土柱的应力-应变响应,具有一定的精度。

FRP约束再生骨料混凝土抗压强度及极限应变计算模型对比研究

本文建立了318个复材(FRP)约束再生骨料混凝土(RAC)圆柱的试验数据库,通过该数据库对比研究了三个代表性计算模型(Lim模型、Xiao模型及Wei模型)对FRP约束再生骨料混凝土抗压强度和极限应变的预测精度。研究表明,三个计算模型对抗压强度的预测精度均高于对极限应变的预测精度。其中:Lim模型对抗压强度的预测具有最好的精度,平均绝对误差AAE仅为9.4%,预测值与试验值比值的平均值Mean为100.8%;Wei模型对抗压强度的预测值要小于试验值(Mean=78.9%),且与试验值相比误差较大(AAE=21.2%);而Xiao模型对抗压强度的预测精度介于Lim模型和Wei模型之间(AAE=12.8%、Mean=109.8%)。三个计算模型在预测极限应变时,Lim模型的精度最高(AAE=21.1%,Mean=95.5%),Wei模型总体上低估了复材约束RAC的极限应变(AAE=28.5%,Mean=78.1%),而Xiao模型对极限应变的预测值要高于试验值(AAE=40.1%,Mean=125.9%)。从总体上看,在三个计算模型中,Lim模型在预测抗压强度和极限应变时都具有最好的精度,故推荐采用Lim模型来预测FRP约束再生骨料混凝土极限状态。

FRP约束混凝土圆柱应力和应变模型探讨

以FRP约束混凝土圆柱约束机理为基础,分析了FRP约束混凝土应力和应变模型的类型、结构、特点及其影响因素,进而对约束混凝土的侧向约束力和侧向膨胀系数等进行了探讨。

FRP约束混凝土轴压本构模型演进逻辑与研究进展

FRP约束混凝土力学行为的影响因素包括约束方式、材料类型、铺层厚度、核心混凝土强度以及尺寸效应和形状效应。FRP约束混凝土的本构模型研究遵循内在的演进逻辑,研究方法包括试验统计法、理论研究法、数值分析法等。随着FRP材料性能的提升和新型FRP材料的出现,新理论、新方法被不断引入FRP约束混凝土的研究,新成果、新技术必将不断被应用于土木工程实践。

FRP约束混凝土柱发展现状简述

作为一种在土木工程中开始被广泛应用的新型结构材料,FRP具有轻质、高强、抗腐蚀和耐疲劳等优点,近年来备受国内外土木工程界的关注。简要介绍了FRP约束混凝土在土木工程中的应用,并对其研究现状进行简述,最后探讨了值得进一步深入研究的若干关键问题。

考虑尺寸效应的FRP约束混凝土分析模型

尺寸效应对纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)约束混凝土力学性能的研究尚不明确。分析了端部约束对混凝土圆柱体破坏模式的影响,考虑端部摩擦系数后,可以较好地模拟锥体破坏。根据已有文献中的试验数据,建立了64个FRP约束混凝土拟合样本数据库,涵盖了不同的FRP材料、混凝土抗压强度、50~400 mm范围的圆柱体直径、约束刚度比。尺寸效应对强度具有显著影响,DP准则中的内聚力本质上是强度函数,因此通过修正内聚力参数考虑尺寸效应的影响。通过USDFLD子程序实现塑性参数的自定义,分析了不同尺寸参数对FRP约束混凝土圆柱体名义强度的影响规律,提出了考虑尺寸效应的内聚力模型。结果表明:64个拟合样本的极限强度试验值和FEA预测值具有较好的一致性,决定系数为0.91,说明通过修正内聚力参数模型能较好地模拟不同圆柱体直径对FRP约束混凝土柱名义抗压强度的影响。最后对25个验证样本开展分析,得出极限强度FEA预测值和试验值的决定系数为0.93,表明所提出内聚力修正模型具备有效性,能够揭示尺寸效应对FRP约束混凝土强度的影响规律,且具有较好的精度。

长期荷载作用对FRP约束混凝土轴心受压构件力学性能的影响

进行了12个FRP约束混凝土轴心受压短试件在长期荷载作用下的变形性能以及长期荷载作用后构件承载力的试验研究。基于ACI(1992)方法,提出一种适合于长期荷载作用下FRP约束混凝土轴心受压短构件变形的计算方法,理论结果和试验结果基本吻合。最后,分析了加载龄期和持荷时间、轴压比、含FRP率、FRP和混凝土强度等因素对长期荷载作用下FRP约束混凝土轴压构件变形性能的影响规律。

大轴压比下FRP约束混凝土柱滞回性能试验研究

以轴压比和含FRP率为基本参数,进行了4根FRP约束圆钢筋混凝土柱以及3根圆钢筋混凝土柱滞回性能的试验研究,分析了轴压比和含FRP率对构件承载力、延性、刚度以及耗能性能等的影响。

FRP约束混凝土柱抗震性能若干问题的探讨

基于实验研究和理论分析结果,对纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱抗震性能研究中存在的若干关键问题进行了探讨,包括FRP约束混凝土构件在往复荷载作用下的受力特点、破坏特征、荷载-位移关系、弯矩-曲率关系、耗能及延性变化规律等,最后重点探讨了FRP约束混凝土柱在往复荷载作用下的刚度特性。

FRP约束混凝土构件抗弯承载力研究

采用数值分析方法对FRP约束混凝土纯弯构件的荷载 -变形关系进行全过程分析 ,理论计算结果与实验结果吻合良好 ,在此基础上 ,本文推导了FRP约束混凝土构件抗弯承载力简化计算公式 ,公式形式简单 ,概念明确 ,便于实际应用。简化公式计算结果与实验结果吻合较好。本文的研究成果可为进一步深入研究FRP约束混凝土压弯构件的力学性能和承载力计算方法提供参考。

三种不同截面形状FRP约束混凝土应力-应变关系的试验研究

通过对 2 1个三种不同截面形状的FRP约束混凝土短柱的全过程试验研究 ,证实了不同截面形状的FRP约束混凝土具有相似的应力 -应变全过程曲线 ,但由于其有效约束的差异 ,即使混凝土短柱强度和FRP含量相同 ,其全过程曲线的一些特征值也各不相同。结合国内外相关试验结果 ,给出了统一的适用于不同截面形状的应力 -应变关系方程 ,并给出了以约束刚度 βj

FRP约束钢管混凝土柱轴力-弯矩相关关系研究

为了建立FRP(Fiber Reinforced Polymer)约束钢管混凝土压弯构件轴力-弯矩相关关系曲线,分析组合结构中各组份对柱体压弯性能的影响,建立了FRP约束钢管混凝土截面分析计算模型,考虑不同FPR-钢复合约束程度和荷载偏心率对混凝土本构的影响。与现有CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)-钢管混凝土压弯试验结果对比,验证了模型的合理性。对模型开展参数分析,结果表明,FRP约束混凝土压弯性能主要受环向FRP影响,环向FRP层数的增加在提高柱体轴压承载力的同时可有效降低其界限偏心率,提高大偏心状态下柱体的轴压比;纵向FRP层数仅会影响柱体承载力,对其界限偏心率及大偏心受压状态下的轴压比影响不显著;随着环向FRP约束程度的提高,柱体对P-Δ效应的敏感性增强。

FRP约束损伤混凝土环向应变-轴向应变关系

为分析混凝土损伤对FRP约束混凝土的影响,通过收集已有文献的264个试验数据,建立一个包含混凝土试件截面形状、损伤种类和损伤程度,以及FRP约束刚度的大型数据库.基于数据库对现有环向应变-轴向应变关系模型进行评估,并在Jiang等模型的基础上,建立FRP约束损伤混凝土柱的环向应变-轴向应变关系模型,采用数据库对新提出模型的准确性进行验证.计算结果表明:Jiang等模型可以准确描述FRP约束未损伤混凝土圆柱的环向应变-轴向应变关系,但是现有的FRP约束未损伤混凝土柱的环向应变-轴向应变关系模型不适用于FRP约束损伤混凝土柱;并且随着混凝土损伤程度的增加,现有模型的计算值与试验值的偏差也在增加.新提出的模型能够准确描述FRP约束损伤混凝土的环向应变-轴向应变关系,模型可推广应用于FRP约束高温损伤混凝土柱.新模型既可以同时适用于FRP约束预损伤圆形、正方形、长方形截面混凝土柱,也可以计算FRP约束预加载混凝土圆柱与方柱.

FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型

为建立纤维增强复合材料(FRP)约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,分析了国内外305个轴心受压FRP约束混凝土圆柱试件的试验结果。分析表明,纤维特征值、FRP层合结构和加载方式是影响FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系的3个主要因素。通过分析试验结果和已有的模型,提出了一个考虑上述3个因素的改进的FRP约束圆柱混凝土受压应力-应变关系模型,该模型包括强化型和软化型两种类型。比较表明,该模型与试验结果的符合程度好于已有模型。

FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为研究

通过FRP约束钢筋混凝土柱的单向和往复轴压试验,研究了外包FRP的断裂应变、刚度、以及加载方式对钢筋屈曲性能的影响。采用了两种不同的纤维材料：CFRP和PET FRP,二者具有不同的断裂应变（CFRP〈1.5%;PET FRP〉5%）。在试验分析的基础上,发展了考虑FRP侧向约束作用的弹性地基梁模型,该模型能够较好地分析FRP约束钢筋混凝土柱中钢筋屈曲行为。基于弹性地基梁模型和试验数据,提出了考虑FRP侧向约束作用的钢筋屈曲经验模型。并将该模型通过二次开发的方法写入OpenSees数值分析平台,对FRP约束RC柱的往复轴压行为进行数值分析,分析结果与试验结果吻合较好。研究成果可为精确分析FRP约束钢筋混凝土结构的抗震性能提供有力的工具。

FRP约束混凝土快速荷载下的强度计算

通过42个不同包裹条件下的FRP约束混凝土圆柱体试件静载和在不同应变速率下的试验,研究FRP约束混凝土快速荷载下的强度.结果表明,FRP约束混凝土在快速荷载下的强度随着应变速率的增加而提高,与对数应变速率呈线性关系,其斜率α与约束比ξ有关,α随ξ的增加而增大.拟合了FRP约束混凝土快速荷载下的强度计算公式,计算结果与试验值吻合较好,为FRP约束混凝土合理应用于混凝土结构抗震加固提供了参考依据.

长期荷载作用下FRP约束混凝土偏压构件的变形影响因素分析

在以往对FRP约束混凝土压弯构件力学性能理论分析结果的基础上,研究了长期荷载作用下圆形截面FRP约束混凝土压弯构件的变形特性,分析了其主要影响因素。

FRP约束混凝土柱的研究现状与展望

从力学性能、耐久性、对性能不足混凝土柱的修复和加固、数值模拟以及FRP-混凝土-钢新型组合柱等方面对近几年来纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱的研究现状进行了介绍,针对其中存在的问题给出了相应的建议并探讨了今后可能的发展趋势,以期促进FRP约束混凝土柱在结构工程领域研究和应用工作的开展。

FRP约束混凝土柱强度和极限应变模型的比较

收集了大量试验数据,对已有的预测FRP约束混凝土柱强度和极限应变模型进行了评估。在保持已有模型预测圆形截面试件准确性的基础上,考虑截面有效约束,提出了对FRP约束圆形截面和矩形截面混凝土柱均适用的改进的强度和极限应变模型。评估结果表明,已有模型中对强度的预测要好于对极限应变的预测。Gampione强度模型对所有试件整体预测较准确,Lorenzis极限应变模型对圆形截面试件预测较准确。与试验数据和已有模型的对比表明,该文模型预测更准确,且计算更简便,可用于实际工程中对强度和延性的预测。