GFRP筋混凝土柱轴压力学性能分析
发布时间：2021-03-04 23:47
纤维复合材料作为一种近年来逐渐兴起的新型材料,主要由包括树脂、纤维等在内的多种材料经物理和化学手段处理而成。纤维复合材料轻质、高强、绝缘、耐腐蚀等优点,但GFRP筋材料没有类似钢筋的明显的屈服台阶,表现出较为明显的脆性。因此,本文就关于GFRP筋相比普通钢筋在轴压混凝土圆柱构件中的使用性能,借助有限元软件进行数值模拟,进行了GFRP筋混凝土柱与普通钢筋混凝土柱承压性能的对比分析。并对未约束GFRP筋混凝土圆柱及GFRP管约束混凝土柱的尺寸效应进行研究,在此基础上采用数值模拟的方法进行了GFRP筋应用于实例模型的轴压承载性能分析。所做工作及研究成果主要有以下几点:（1）采用有限元软件模拟试验过程,分析了数值模拟GFRP筋混凝土柱圆柱轴压性能的有效性,结果表明,数值模拟结果与试验结果有较好的吻合度,数值分析准确度良好;采用了GFRP筋与钢筋等直径替换和等强度替换两种替换方法讨论了配筋类型对混凝土圆柱承压力学性能的影响,结果表明,采用等直径替换的方法时,GFRP筋构件与普通钢筋构件承载力较为接近;讨论了配筋率对混凝土圆柱承压力学性能的影响,结果表明,提高纵向GFRP筋配筋率能有效提高模型的承...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钢筋混凝
2材料性能及有限元建模方法72材料性能及有限元建模方法2.1纤维复合材料筋概述2.1.1FRP筋的分类与制作原理（1）FRP筋构成和种类FRP筋是利用合成树脂将若干股人造矿物连续纤维进行胶合，然后经专用模具挤压并拉拔成型的一种高性能复合材料筋[20]，它主要由人造增强纤维和合成树脂两部分组成。其中，人工增强纤维在FRP筋中起着应力传递和骨架支撑的作用，当FRP筋受力时，内部纤维会在外力作用下的成为主要受力体。建筑上所用到的人工增强纤维主要有碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维等。碳纤维主要由各种合成纤维碳化而成，含碳量在90%以上。碳纤维增强纤维材料的密度不到普通钢筋密度的25%，但它的强度却远远高于后者。具有抗拉强度高、热膨胀系数孝易加工等优点。但碳纤维的表面易损伤，在强酸作用下容易老化，因此在使用前必须对碳纤维表面进行特殊处理才能投入使用。GFRP是由玻璃或废玻璃材料经高温熔融、拉伸、缠绕、织造等工艺制成的，具有较高的极限抗拉强度、较低的材料密度、优异的温度稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等特点，且可循环利用，符合可持续发展的要求。BFRP是玄武岩经高温熔融后快速拉拔而形成的连续纤维[21]，与CFRP相比，具有较高的极限抗拉强度、较低的材料密度、优异的温度稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等特点，是一种性能优异、可循环利用的无机非金属材料。图2-1FRP筋分类图Fig.2-1ClassificationofFRPbars建筑结构中代替钢筋的FRP筋主要是指直线型FRP筋。具体分类如图2-1所示。普通圆钢筋在工程中使用时，其外表面往往经过特殊处理，如喷砂、绕丝等，从而增大FRP筋与混凝土之间的摩擦力，达到增强两者间粘结强度的目的。（2）FRP筋生产工艺
华北水利水电大学硕士学位论文12图2-3钢材应力-应变关系曲线Fig.2-3Stress-straincurveofsteel由于本文为单向轴压模型，并不考虑钢筋的滞回性能，因此采用简化的Steel02模型，该本构为单轴本构模型。此模是由Menegotto等[39]提出的，该模型计算效率和精度较高，且考虑了Bauschinger效应的对钢材滞回性能的影响，具体方程式见式（2-1）。=+(1)(1+)1/(2-1)式中：——应变硬化系数；——标准化无量纲应力，=0；——标准化无量纲应变，=0；——弹性段过渡到塑性段形状控制参数，=012+，为循环中相邻转折点的应变差，其值随着加卸载的循环而不断改变，0、1、2由钢材的材性试验确定。本文计算模型中的纵向筋采用HRB400型热轧螺纹钢筋，横向箍筋采用HPB300型热轧光圆钢筋。材料性能及本构模型如图2-4。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维增强复材筋与钢筋混合配筋混凝土梁受弯性能试验研究[J]. 阮向杰,陆春华,张壮壮,延永东. 工业建筑. 2018(10)
[2]GFRP筋纤维混凝土圆柱轴压性能研究[J]. 邓宗才,张秀丽. 哈尔滨工程大学学报. 2018(10)
[3]钢纤维体积率对C30混凝土立方体抗压强度尺寸效应的影响[J]. 解伟,罗维,李树山,王惊涛. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2015(02)
[4]碱和海水环境下GFRP筋的抗拉性能加速老化试验研究[J]. 薛伟辰,刘亚男,付凯,王伟. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2015(01)
[5]碳纤维布在桥梁加固维修中的应用[J]. 吴体飞. 江西建材. 2015(03)
[6]单调轴压荷载下考虑尺寸效应的FRP加固混凝土圆柱应力-应变关系[J]. 王作虎,刘晶波,杜修力. 建筑科学与工程学报. 2013(04)
[7]基于ANSYS的钢筋混凝土梁收敛问题对策分析[J]. 梅毕祥,贾益纲,许明,刘在今. 南昌工程学院学报. 2009(03)
[8]利用ANSYS模拟钢筋混凝土中的收敛问题的对策[J]. 曾鹏,刘清,叶建荣. 四川建筑. 2008(03)
[9]FRP加筋混凝土短柱受压性能试验研究[J]. 张新越,欧进萍. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2006(04)
[10]混凝土结构对新材料的挑战[J]. 邢丽. 科技资讯. 2005(22)
博士论文
[1]FRP筋混凝土受弯构件的结构性能研究[D]. 徐秦.西安建筑科技大学 2009
[2]FRP筋力学性能及其混凝土梁受弯性能研究[D]. 徐新生.天津大学 2007
[3]FRP-混凝土界面行为研究[D]. 陆新征.清华大学 2005
硕士论文
[1]GFRP筋及GFRP筋混凝土柱受压性能研究[D]. 米向乾.沈阳建筑大学 2012
[2]FRP配筋混凝土梁试验研究及理论分析[D]. 李海霞.华中科技大学 2007
[3]纤维（FRP）约束混凝土柱力学性能研究[D]. 胡芳芳.长安大学 2005
[4]纤维布包裹加固钢筋混凝土柱的轴心受压试验研究[D]. 惠军民.西安理工大学 2003
本文编号：3064159
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钢筋混凝
2材料性能及有限元建模方法72材料性能及有限元建模方法2.1纤维复合材料筋概述2.1.1FRP筋的分类与制作原理（1）FRP筋构成和种类FRP筋是利用合成树脂将若干股人造矿物连续纤维进行胶合，然后经专用模具挤压并拉拔成型的一种高性能复合材料筋[20]，它主要由人造增强纤维和合成树脂两部分组成。其中，人工增强纤维在FRP筋中起着应力传递和骨架支撑的作用，当FRP筋受力时，内部纤维会在外力作用下的成为主要受力体。建筑上所用到的人工增强纤维主要有碳纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维等。碳纤维主要由各种合成纤维碳化而成，含碳量在90%以上。碳纤维增强纤维材料的密度不到普通钢筋密度的25%，但它的强度却远远高于后者。具有抗拉强度高、热膨胀系数孝易加工等优点。但碳纤维的表面易损伤，在强酸作用下容易老化，因此在使用前必须对碳纤维表面进行特殊处理才能投入使用。GFRP是由玻璃或废玻璃材料经高温熔融、拉伸、缠绕、织造等工艺制成的，具有较高的极限抗拉强度、较低的材料密度、优异的温度稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等特点，且可循环利用，符合可持续发展的要求。BFRP是玄武岩经高温熔融后快速拉拔而形成的连续纤维[21]，与CFRP相比，具有较高的极限抗拉强度、较低的材料密度、优异的温度稳定性、耐磨性、耐腐蚀性等特点，是一种性能优异、可循环利用的无机非金属材料。图2-1FRP筋分类图Fig.2-1ClassificationofFRPbars建筑结构中代替钢筋的FRP筋主要是指直线型FRP筋。具体分类如图2-1所示。普通圆钢筋在工程中使用时，其外表面往往经过特殊处理，如喷砂、绕丝等，从而增大FRP筋与混凝土之间的摩擦力，达到增强两者间粘结强度的目的。（2）FRP筋生产工艺
华北水利水电大学硕士学位论文12图2-3钢材应力-应变关系曲线Fig.2-3Stress-straincurveofsteel由于本文为单向轴压模型，并不考虑钢筋的滞回性能，因此采用简化的Steel02模型，该本构为单轴本构模型。此模是由Menegotto等[39]提出的，该模型计算效率和精度较高，且考虑了Bauschinger效应的对钢材滞回性能的影响，具体方程式见式（2-1）。=+(1)(1+)1/(2-1)式中：——应变硬化系数；——标准化无量纲应力，=0；——标准化无量纲应变，=0；——弹性段过渡到塑性段形状控制参数，=012+，为循环中相邻转折点的应变差，其值随着加卸载的循环而不断改变，0、1、2由钢材的材性试验确定。本文计算模型中的纵向筋采用HRB400型热轧螺纹钢筋，横向箍筋采用HPB300型热轧光圆钢筋。材料性能及本构模型如图2-4。
【参考文献】：
期刊论文
[1]纤维增强复材筋与钢筋混合配筋混凝土梁受弯性能试验研究[J]. 阮向杰,陆春华,张壮壮,延永东. 工业建筑. 2018(10)
[2]GFRP筋纤维混凝土圆柱轴压性能研究[J]. 邓宗才,张秀丽. 哈尔滨工程大学学报. 2018(10)
[3]钢纤维体积率对C30混凝土立方体抗压强度尺寸效应的影响[J]. 解伟,罗维,李树山,王惊涛. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2015(02)
[4]碱和海水环境下GFRP筋的抗拉性能加速老化试验研究[J]. 薛伟辰,刘亚男,付凯,王伟. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2015(01)
[5]碳纤维布在桥梁加固维修中的应用[J]. 吴体飞. 江西建材. 2015(03)
[6]单调轴压荷载下考虑尺寸效应的FRP加固混凝土圆柱应力-应变关系[J]. 王作虎,刘晶波,杜修力. 建筑科学与工程学报. 2013(04)
[7]基于ANSYS的钢筋混凝土梁收敛问题对策分析[J]. 梅毕祥,贾益纲,许明,刘在今. 南昌工程学院学报. 2009(03)
[8]利用ANSYS模拟钢筋混凝土中的收敛问题的对策[J]. 曾鹏,刘清,叶建荣. 四川建筑. 2008(03)
[9]FRP加筋混凝土短柱受压性能试验研究[J]. 张新越,欧进萍. 西安建筑科技大学学报(自然科学版). 2006(04)
[10]混凝土结构对新材料的挑战[J]. 邢丽. 科技资讯. 2005(22)
博士论文
[1]FRP筋混凝土受弯构件的结构性能研究[D]. 徐秦.西安建筑科技大学 2009
[2]FRP筋力学性能及其混凝土梁受弯性能研究[D]. 徐新生.天津大学 2007
[3]FRP-混凝土界面行为研究[D]. 陆新征.清华大学 2005
硕士论文
[1]GFRP筋及GFRP筋混凝土柱受压性能研究[D]. 米向乾.沈阳建筑大学 2012
[2]FRP配筋混凝土梁试验研究及理论分析[D]. 李海霞.华中科技大学 2007
[3]纤维（FRP）约束混凝土柱力学性能研究[D]. 胡芳芳.长安大学 2005
[4]纤维布包裹加固钢筋混凝土柱的轴心受压试验研究[D]. 惠军民.西安理工大学 2003
本文编号：3064159
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