不同空心率的FRP管—混凝土—钢管组合柱在侧向撞击下的动力性能

发布时间：2017-04-28 01:01

  本文关键词：不同空心率的FRP管—混凝土—钢管组合柱在侧向撞击下的动力性能，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钢管混凝土组合柱和中空夹层钢管混凝土组合柱作为一种新型的组合结构,现已得到广泛的研究和应用。而FRP管-混凝土-钢管组合柱(FRP-concrete-steel double-skin tubular column,简称DSTC)既不同于前述的两种结构,也不同于FRP钢管混凝土,它是一种新型组合结构,该结构由FRP布(碳纤维增强树脂)材料外管、钢内管以及填充于两者之间的混凝土三部分组成,三种材料的协同工作使该组合结构具有许多优于现有组合构件的力学性能。由于FRP布具有较高的质量强度比高、耐腐蚀性和耐火性好、自重轻等优点,故FRP管-混凝土-钢管组合柱可作为承重构件应用于地铁、海洋平台支架柱、跨海大桥墩柱等建筑结构中。侧向撞击荷载是以上结构在正常工作中遇到的不可避免的一种意外荷载作用,而撞击作用有可能导致结构损伤甚至丧失承载能力,因此必须在结构设计中充分考虑。目前对DSTC的研究主要集中于静力性能,如轴压、偏压和弯曲等;然而对DSTC抗撞击性能的研究尚未见报道。本文将对DSTC这种新型结构在承重柱上的应用进行研究,通过开展其在侧向撞击下的试验和理论研究来分析FRP管-混凝土-钢管组合柱的耐撞性。本文主要研究内容如下:1、在太原理工大学的DHR9401型落锤试验机上进行了FRP-混凝土-钢管组合柱的侧向撞击试验,试验的研究参数包括撞击高度和试件表面包裹的FRP层数。在通过试验仪器捕获了被撞击试件的撞击力(F)、跨中挠度(Δ)和FRP表面右侧1/4跨处的应变(?)等试验数据的同时,也得到了试件的整体残余变形和局部破坏形态,并对撞击试验结果进行了对比分析和论证。2、在重点考虑了材料的应变率和FRP的各项异性的前提下,利用ABAQUS有限元软件建立了两端固定的FRP管-混凝土-钢管组合柱侧向撞击性能分析模型。通过材料拉伸试验确定了钢材、FRP的各项材料参数,并按照实际情况定义了各部件的接触属性等。同时在试验存在局限性的前提下,为了分析更加真实撞击事件工况,即保证在撞击之前已经预加轴力在试件上,于是在之前的撞击模型基础下又建立了轴力-撞击耦合模型。3、通过与试验结果的对比,验证了建立的纯撞击模型所采用的材料本构、接触属性以及边界条件的正确性和有效性。在验证了有限元模型正确的基础上,进而分析了不同的空心率(χ)和撞击能量(E0)及轴压比(n)等不同的荷载参数对FRP管-混凝土-钢管组合柱试件在侧向撞击作用下动力性能的影响,同时也分析了产生该影响的原因并提出了相关的建议。
【关键词】：FRP管-混凝土-钢管组合柱 侧向撞击荷载 撞击力 有限元分析
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU398.9
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 主要符号对照表9-11
• 第一章 绪论11-27
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 FRP材料的特点及在工程领域的应用12-15
• 1.2.1 FRP材料的特点12-13
• 1.2.2 FRP材料在土木工程行业的应用13-14
• 1.2.3 FRP材料的应用前景14-15
• 1.3 FRP管-混凝土-钢管组合柱的提出和研究现状15-19
• 1.3.1 FRP管-混凝土-钢管组合柱的提出15-16
• 1.3.2 FRP管-混凝土-钢管组合柱的研究现状16-19
• 1.4 建筑结构遭受偶然撞击的研究19-25
• 1.4.1 结构受撞击的研究理论方法19
• 1.4.2 结构受撞击的研究现状19-25
• 1.5 本文的研究内容25-27
• 第二章 FRP管-混凝土-钢管组合柱在侧向撞击荷载下的试验研究27-47
• 2.1 引言27
• 2.2 撞击试验基本概况27-32
• 2.2.1 试验装置设备27-29
• 2.2.2 试验设计29
• 2.2.3 材料性能29-31
• 2.2.4 试验流程及数据采集方案31-32
• 2.3 试验结果32-45
• 2.3.1 撞击过程32-35
• 2.3.2 试件的整体残余变形及局部破坏形态35-37
• 2.3.3 撞击力（F）时程曲线37-40
• 2.3.4 跨中挠度（Δ）时程曲线40-42
• 2.3.5 应变（ε）时程曲线42-44
• 2.3.6 试验结果对比分析44-45
• 2.4 本章小结45-47
• 第三章 FRP管-混凝土-钢管组合柱在侧向撞击荷载下有限元计算模型47-63
• 3.1 引言47
• 3.2 有限元模型概述47-54
• 3.2.1 材料本构47-50
• 3.2.2 单元选取50-51
• 3.2.3 定义接触51
• 3.2.4 边界条件51
• 3.2.5 网格划分51-52
• 3.2.6 轴力-撞击耦合模型52-54
• 3.3 有限元模型验证54-61
• 3.3.1 试件破坏形态54-57
• 3.3.2 撞击力（F）时程曲线验证57-59
• 3.3.3 跨中挠度（Δ）时程曲线验证59-61
• 3.4 本章小结61-63
• 第四章 FRP管-混凝土-钢管组合柱在侧向撞击荷载下的影响参数分析63-73
• 4.1 空心率（χ）对构件抗撞击性能的影响63-66
• 4.2 荷载参数对构件抗撞击性能的影响66-70
• 4.2.1 撞击能量（E0）的影响66-67
• 4.2.2 轴压比（n）的影响67-70
• 4.3 本章小结70-73
• 第五章 结论与展望73-77
• 5.1 结论73-74
• 5.2 展望74-77
• 参考文献77-81
• 致谢81-83
• 攻读学位期间发表的学术论文83
• 攻读学位期间参与科研项目83

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