本项目研究芳纶复合材料约束高强钢筋混凝土柱的变形和强度性能。重点研究芳纶复合材料约束高强钢筋混凝土柱在静力轴压荷载及水平重复荷载作用下的变形性能,分析体积配筋率(复合材料层数)、复合材料的约束方式、约束截面的形状(圆形、方形)、混凝土强度对芳纶复合材料约束高强混凝土、高强钢筋混凝土柱的强度和变形性能影响。在此基础上,采用国外学者最新建立的塑性约束混凝土理论分析芳纶复合材料约束高强钢筋混凝土,建立芳纶复合材料约束高强混凝土、高强钢筋混凝土柱的强度与变形的计算及设计方法。芳纶复合材料作为新型的复合材料具有超高强、超高模量、抗冲击、耐高温、耐腐蚀和比重轻等特性,用其约束高强钢筋混凝土将有效解决高强混凝土的脆性问题,形成的芳纶约束高强钢筋混凝土具有更为优异的性能,有着广泛的应用前景。国内外对芳纶约束混凝土的研究尚处开始阶段,此项目的研究具有很大的创新性。
本项目通过进行一系列芳纶纤维布约束高强混凝土/钢筋混凝土试件在轴心受压荷载作用下的破坏试验,研究了芳纶纤维布约束高强/钢筋混凝土构件的开裂、变形、失效模式、约束机理和应力-应变关系。通过94组282根芳纶纤维布约束高强混凝土/钢筋混凝土短柱在轴心荷载作用下的破坏试验研究,探讨了混凝土强度、试件截面形状(圆形和方形)、芳纶纤维布的包裹方式(间隔包裹和连续包裹)或芳纶纤维布的包裹层数(一层、两层和三层)对芳纶纤维布约束高强混凝土/钢筋混凝土构件承载力、变形性能、延性和应力-应变关系的影响。在此基础上,对此类构件的应力-应变关系分别采用混凝土塑性理论中的Drucker-Prager模型、多轴应力下Ottosen混凝土本构关系及破坏准则以及基于试验修正的Samaan模型,给出了芳纶纤维布约束高强混凝土/钢筋混凝土短柱强度和变形的计算方法,并进一步给出了其简化的应力-应变计算方法。在上述工作基础上,对芳纶纤维约束钢筋混凝土桥墩的结构性能进行了分析。