一种约束方形混凝土柱的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种约束方形混凝土柱的制备方法，属于建筑施工技术领域，解决了现有技术中对约束混凝土抗压强度预测准确性低、实用性不强，预测大尺寸混凝土柱强度时强度偏高等问题。本发明专利技术制备方法包括以下步骤：S1.建立考虑尺寸效应的约束方形混凝土柱强度‑未约束方形混凝土柱强度的计算模型；S2.获取制备约束方形混凝土柱的参数，对约束方形混凝土柱抗压强度进行预测；S3.根据满足约束混凝土柱抗压强度要求的参数制备所述约束方形混凝土柱。本发明专利技术制备方法适用于考虑尺寸效应的大尺寸混凝土柱的制备。

A Method for Preparing Constrained Square Concrete Columns

【技术实现步骤摘要】
一种约束方形混凝土柱的制备方法
本专利技术属于建筑施工
，特别涉及一种约束方形混凝土柱的制备方法。
技术介绍
当前预测方法会高估约束混凝土抗压强度，低估极限应变：主动约束是混凝土构件在加载前已经承受来自侧向的约束，在构件未发生破坏前，其最大主应力(或称为极限应力)是高于被动约束混凝土的，但主动约束混凝土应力-应变关系的第二段曲线上升趋势较缓，甚至曲线峰值后存在下降趋势；对于被动约束混凝土，比如FRP材料只有当混凝土发生较大侧向变形时才发挥明显作用，故一般情况下被动约束混凝土的极限应力略低，但在侧向约束较强的情况下，其应力-应变关系第二段的斜率会明显高于主动约束混凝土。上述假设高估了FRP约束混凝土的应力-应变关系和抗压强度，但极限应变往往会低估。现有预测方法中环向拉断应变确定方法存在缺陷：相对于条带FRP的材料性能试验(CouponTest)得到的拉断应变εf，FRP环箍的实际拉断应变εj,u值要略低且较难预测到准确值，一般情况下是较难直接获得FRP实际拉断应变。
技术实现思路
鉴于以上分析，本专利技术旨在提供一种约束方形混凝土柱的制备方法，用以解决现有技术中对约束混凝土抗压强度预测准确性低、实用性不强、预测大尺寸混凝土柱强度时强度偏高等问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种约束方形混凝土柱的制备方法，包括以下步骤：S1.建立考虑尺寸效应的约束方形混凝土柱强度-未约束方形混凝土柱强度的计算公式：式中，f′cc为约束混凝土柱抗压强度，f′c为未约束混凝土柱抗压强度，fl为名义侧项约束力，单位均为MPa；ρ为混凝土柱角部影响系数；B为方柱截面边长mm；S2.通过S1的计算公式，获取约束方形混凝土柱抗压强度f′cc；S3.根据是否满足约束混凝土柱抗压强度要求确定是否制备约束方形混凝土柱；步骤S3中，约束方形混凝土柱的制备包括以下步骤：S3-1.制备未约束的方形混凝土柱；S3-2.根据S1中获得的FPR布的各项参数在未约束混凝土柱、外包裹FPR布完成约束方形混凝土柱的制备。进一步的，步骤S1中，fl＝2nftfEfεj,u/B式中，nf、tf、Ef和εj,u分别为FRP的层数、单层厚度、弹性模量和FRP环箍的实际拉断应变，B为方柱截面边长mm。进一步的，步骤S1中，包括步骤S1-1.建立应变有效系数平均值与步骤S1中计算公式的关系。进一步的，步骤S1-1中，式中，为应变有效系数平均值，εf为FRP条形拉伸试验测得的极限拉应变。进一步的，步骤S1中，ρ＝2rc/B式中，rc为方柱倒角半径mm，B为混凝土方柱截面边长mm。进一步的，步骤S1中，方柱截面边长B为70～914mm。进一步的，步骤S1中，未约束混凝土抗压强度f′c的范围是10.0MPa～55.2MPa。进一步的，步骤S3还包括步骤S3-3：对不满足约束混凝土柱抗压强度要求的参数进行调整，重新进行步骤S2，直至满足约束混凝土柱抗压强度要求。进一步的，约束方形混凝土柱包括钢筋骨架、混凝土和FPR布，FPR布为纤维增强复合材料。进一步的，步骤S3-1包括：S3-11.搭建钢筋骨架；S3-12.在钢筋骨架内灌入混凝土完成混凝土柱的制备。与现有技术相比，本专利技术至少能实现以下技术效果之一：1)现有技术中均未考虑尺寸效应对FPR约束方柱的影响，本专利技术在模型中引入尺寸效应影响系数，提高了大尺寸混凝土柱强度预测的可靠性。2)本专利技术建立的模型形式简单，方便使用，预测精度相较于其他模型更高，防止出现直接制备约束混凝土柱造成的抗压强度不满足要求，存在安全隐患的问题。3)现有技术中较难直接获得准确的FRP实际拉断应变，本专利技术采用FRP的应变有效系数kε代换FRP实际拉断应变，预测过程中不需要再获取FRP实际拉断应变，使得理论强度模型具有更强的实用性。4)提出的FRP约束方形混凝土柱强度模型涵盖的未约束混凝土抗压强度的范围是f′c＝10.0MPa～55.2MPa，方柱截面尺寸B＝76～914mm，本专利技术强度模型的适用范围较广。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。图1混凝土破坏面与不同应力状态下莫尔圆之间的关系；图2不考虑尺寸效应情况下的各强度模型预测水平；图3考虑尺寸效应情况下的强度模型预测水平。具体实施方式以下结合具体实施例对一种约束方形混凝土柱的制备方法作进一步的详细描述，这些实施例只用于比较和解释的目的，本专利技术不限定于这些实施例中。一种考虑尺寸效应的约束方形柱的制备方法，约束方形混凝土柱包括钢骨架、混凝土和FPR布，FPR布为纤维增强复合材料；约束方形柱的制备包括以下步骤：S1.建立约束方形混凝土柱强度-未约束方形混凝土柱强度的计算模型：库伦于1773年提出了内摩擦理论，如式(1)所示，即对于复杂应力状态下的材料，当其所受剪力达到最大剪应力τ时，材料发生破坏。式中τ为剪应力，c为粘聚力，为内摩擦角，σ为剪切面上的正应力。Mohr强度理论中的材料的σ-τ关系可由下列函数表示：τ＝F(σ)(2)将Mohr强度理论写成下列形式，其中f′c为混凝土单轴抗压强度，ft'为混凝土单轴抗拉强度：式中，参数a、b均为ft′/f′c的函数，表示为a＝g(ft′/f′c)，b＝h(ft′/f′c)。式(3)表达的包络线与描述混凝土单轴受拉的莫尔圆相切于σ/f′c轴上的(-ft′/f′c，0)点，将τ/f′c＝0和σ/f′c＝-(ft′/f′c)代入式(3)，得到将式(4)代入式(3)，得到先令式(5)中的系数n＝2，得到下式(6)，理论强度模型的推导过程获得简化，最后讨论ft′/f′c的取值问题。具体推导过程如下。对于图1中的单轴应力下莫尔圆，其第三主应力σ3＝0，方程形式为对式(6)和式(7)在图1中的p点求导，且两式在该点的斜率相等，记p点应力为σp，这样得到化简式(7)，得a值代入式(6)，得将式(8)和式(9)代入式(10)求解σp，则有将式(8)、式(9)代入式(6)，得到最后将式(11)代入式(12)，有这里，参数a、b的表达式如下所示图1中的多轴应力状态下莫尔圆方程形式为对式(13)和式(15)在图1中的q点求导，两式在该点的斜率相等。对于约束混凝土，最大主应力σ1＝f′cc，第三主应力σ3＝fl，其中f′cc为约束混凝土抗压强度，fl为名义侧向约束力，由FRP条形拉伸试验值εf计算得到，这样：为简化方程形式，先将式(14a)中参数a代入式(16)，得到对上式中的进行二项式展开。由于二项式的阶次<1.0(即1/2)，展开各项的指数小于1.0，甚至小于0，故引入Γ函数如下：同时采用广义阶乘中的递推公式、余元公式和其他性质分别如下：Γ(s+1)＝s·Γ(s)(19)Γ(s+1)＝s！(21)则式(17)变为：因为通常情况下ft′/f′c≤0.1，所以为简化上式，可令a＝1，且上式方括号中最后一项的值较小，可以略去，故得到注意到式(23)最后一项中的值较小(<0.06)，而且随着约束比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种约束方形混凝土柱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立考虑尺寸效应的约束方形混凝土柱强度‑未约束方形混凝土柱强度的计算公式：

【技术特征摘要】
1.一种约束方形混凝土柱的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.建立考虑尺寸效应的约束方形混凝土柱强度-未约束方形混凝土柱强度的计算公式：式中，f′cc为约束混凝土柱抗压强度，f′c为未约束混凝土柱抗压强度，fl为名义侧项约束力，单位均为MPa；ρ为混凝土柱角部影响系数；B为方柱截面尺寸；S2.通过S1的计算公式，获取约束方形混凝土柱抗压强度f′cc；S3.根据是否满足约束混凝土柱抗压强度要求确定是否制备所述约束方形混凝土柱；所述步骤S3中，约束方形混凝土柱的制备包括以下步骤：S3-1.制备未约束的方形混凝土柱；S3-2.根据S1中获得的FPR布的各项参数，对所述未约束混凝土柱进行外包裹FPR布完成约束方形混凝土柱的制备。2.根据权利要求1所述的约束方形混凝土柱的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，fl＝2nftfEfεj,u/B式中，nf、tf、Ef和εj,u分别为FRP的层数、单层厚度、弹性模量和FRP环箍的实际拉断应变，B为方柱截面尺寸。3.根据权利要求2所述的约束方形混凝土柱的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，包括步骤S1-1.建立应变有效系数平均值与步骤S1中计算公式的关系。4.根据权利要求3所述的约束方形混凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅佐云，王志，褚世洪，张营营，尚中锋，郑岩，倪晓雯，赵玉帅，
申请(专利权)人：山东省建筑科学研究院，中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37