基于有限元和DIC测试对FRP部分约束混凝土柱应变响应及数值模型研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20240628.010

复合材料科学与工程 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (6): 76-86.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20240628.010

基于有限元和DIC测试对FRP部分约束混凝土柱应变响应及数值模型研究

纪泳丞, 邹云飞^*

东北林业大学土木与交通学院,哈尔滨 150040

收稿日期:2023-05-09 出版日期:2024-06-28 发布日期:2024-07-26
通讯作者: 邹云飞(1998—),男,硕士,研究方向为FRP加固混凝土力学、耐久性能研究,zyf13981147047@163.com。
作者简介:纪泳丞(1986—),男,博士,副教授,研究方向为FRP加固混凝土、再生混凝土性能研究。
基金资助:
中国博士后科学基金第67批面上资助项目(2020M670872)

Strain response and numerical modelling study of FRP partially confined concrete columns based on finite element and DIC tests

JI Yongcheng, ZOU Yunfei^*

School of Civil Engineering and Transport, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China

Received:2023-05-09 Online:2024-06-28 Published:2024-07-26

摘要/Abstract

摘要： 纤维增强聚合物(FRP)部分约束混凝土应用可以提高混凝土的承载力和经济价值。然而,FRP部分约束混凝土在垂直方向上不均匀应变响应还不够深入,应力-应变模型不够准确。本文通过应变片和数字图像相关(DIC)记录对FRP部分约束混凝土进行了轴向压缩试验,并利用ABAQUS有限元建立了包括0/1,1/4,1/3,1/2,2/3,3/4和1/1约束面积比的部分约束混凝土。试验结果表明:DIC和应变片结果分别反应了垂直和水平方向的应变规律,即试件在应变硬化或应变软化响应下均发生了明显的应变局部化;有限元结果能捕捉到试件表面约束力与x,y和z三轴的应变关系,得到了不同约束面积比的FRP部分约束混凝土柱的应力-应变关系,所提出的应力-应变模型能有较高的预测效果。

关键词: 失效模式, 应力-应变行为, 有限元分析, FRP部分约束, DIC技术, 复合材料

Abstract: Fibre reinforced polymer (FRP) partially confined concrete applications can improve the load-bearing capacity and economic value of concrete. However, the response of FRP partially confined concrete to inhomogeneous strains in the vertical direction is not sufficiently well developed and the stress-strain model is not sufficiently accurate. In this paper, axial compression tests are first carried out on FRP partially confined concrete by means of strain gauges and digital image correlation (DIC) records. In addition, partially confined concrete including 0/1, 1/4, 1/3, 1/2, 2/3, 3/4 and 1/1 confined area ratios are established using ABAQUS finite elements. The experimental results show that the DIC and strain gauge results respond to the strain patterns in the vertical and horizontal directions respectively, i.e. the specimens undergo significant strain localisation in either strain hardening or strain softening response; the finite element results were able to capture the surface restraint force of the specimen with respect to the x, y and z-axis strains, and the stress-strain relationships were obtained for FRP partially restrained concrete columns with different restraint area ratios, and the proposed stress-strain model was able to have a high predictive effect.

Key words: failure modes, stress-strain behaviour, finite element analysis, FRP partial restraint, DIC technique, composite

中图分类号:

TB332

纪泳丞, 邹云飞. 基于有限元和DIC测试对FRP部分约束混凝土柱应变响应及数值模型研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(6): 76-86.

JI Yongcheng, ZOU Yunfei. Strain response and numerical modelling study of FRP partially confined concrete columns based on finite element and DIC tests[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2024, 0(6): 76-86.

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基于有限元和DIC测试对FRP部分约束混凝土柱应变响应及数值模型研究

Strain response and numerical modelling study of FRP partially confined concrete columns based on finite element and DIC tests

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