FRP管—混凝土—钢管组合梁受弯性能研究

发布时间：2020-08-28 03:58

【摘要】：纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP),因具有优异对的耐腐蚀性、耐磨性好、耐久性突出、抗拉强度大、丰富的可塑性、材料自重小等性能优点,自从FRP材料被发明以来就受到了众多的国内外研究学者的密切关注,其中FRP在结构工程中的应用以FRP管-混凝土-钢管组合结构较为典型。FRP管-混凝土-钢管组合梁是在FRP管内架好钢管,再在两管管内之间浇筑混凝土而形成的一种新型组合结构。FRP管-混凝土-钢管组合梁因FRP材料具有良好的耐腐蚀性和耐久性能够较好的抵抗外部恶劣的环境对结构的侵蚀;FRP管的存在既能对内部混凝土可以起到约束作用,使结构构件的力学性能得以提高,还能够作为永久模板并保护管内的材料,节省施工作业的时间和成本。FRP管-混凝土-钢管组合结构做为新型组合构件有望在将来得到较为普遍的应用。本文依据现阶段国内外有关FRP管约束混凝土的研究现状,针对FRP混凝土-钢管组合梁的受力原理,通过理论分析和利用ABAQUS有限元软件模拟分析相结合的研究方式,对FRP混凝土-钢管组合梁力学性能展开以下步骤的研究:1)通过ABAQUS有限元分析软件,建立FRP混凝土-钢管组合梁的计算模型,并将有限元模拟分析得到的荷载-挠度曲线、极限荷载、极限挠度值、变形情况等力学性能指标与参考文献中试验结果对比分析。验证了FRP管-混凝土-钢管组合梁的有限元模型准确性;2)通过对FRP管-混凝土-钢管组合梁的数值模拟,研究分析了组合结构的工作原理,并研究分析了不同混凝土强度等级、FRP管层数、钢管厚度、钢管偏心距等影响因素对组合结构受弯性能的影响。得到了不同影响因素对组合梁受弯性能的影响规律;3)通过查阅相关文献,归纳汇总了现有FRP管-混凝土-钢管组合梁抗弯承载力的计算公式,并将计算结果与数值模拟结果相对比。经对比理论公式的计算结果与数值模拟结果较吻合。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9
【图文】：

截面形式,试件

2.6.2 模型试件的建立1）建立部件、材料及截面属性在 ABAQUS 软件“部件”模块中分别建立混凝土、垫块、钢管和 FRP 管的模型，在界面“模块”中选择“属性”模块，定义混凝土、钢管、垫块、FRP 管的材料的本构关系模型和截面属性，并将截面属性赋予各部件上。混凝土部件模型采用的是三维实体单元中的 C3D8R 六面体减缩积分单元，因为 C3D8R 实体单元适用于对大变形的非线性图 2-4 试件截面形式图图 2-5 试件尺寸图表 2-1 试验参数表试件编号FRP 管钢管混凝土抗压强度/MPa厚度/mm 外径/mm 偏心距/mm 外径/mm 厚度/mm E/MPa屈服强度/MPaB-E0-18.2 0 152.5 18.2 76.1 3.5 208.6 340.3 33.4B-E1-18.2 0.17 152.5 18.2 76.1 3.5 208.6 340.3 33.4

试件尺寸

示意图,部件,示意图,垫块

c) 混凝土模型 d) 钢管模型图 2-6 各部件示意图2)定义装配件、约束、荷载及边界条件实际在 FRP 管-混凝土-钢管组合梁受力的过程中，混凝土和 FRP 界面之间切向作用通过摩擦力来实现，当受力过程中剪应力小于临界值时，两界面之间不产生相对滑移，剪应力超过临界值时，混凝土梁外表面和 FRP 管的内表面之间一般会产生相对滑动和移，模拟过程中对法向界面的法向行为定义为“硬接触”的模式，通过设置库伦摩擦数考虑摩擦力大小，可有效准确模拟分析界面之间接触情况与互相分离的情况。组合梁垫块和 FRP 管两个表面之间是通过“Tie”（绑定）的命令将两个材料进行束。为了防止模拟过程中应力集中，荷载的施加是通过在垫块设置两个参考点，坐标别为（0,100,500），（0,100,1000），用“Coupling”（耦合）的命令将参考点耦合在块上面，“耦合”的类型选择为连续分部，通过设置在刚性垫块上的参考点来传递集力荷载。本课题分析模型试件为简支梁结构，在左侧垫块底部中线部位施加一个竖向束，在右侧垫块底部中线部位处分别施加竖向和轴向约束，设置完后试件的示意图如所示。

【参考文献】