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FRP空心柱及FRP-混凝土组合柱抗侧向冲击性能研究

发布时间:2018-09-04 14:55
【摘要】:FRP (Fiber Reinforced Polymer)纤维增强复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等特点,被广泛地运用于结构的加固和新建工程当中。目前对FRP以及FRP约束混凝土结构的研究大多数都是致力于静力性能,对结构在一些爆炸冲击荷载作用下的动力性能研究得较少。在这个高速的时代,建筑结构遭受到撞击、冲击以及爆炸破坏的事故越来越多,因此对建筑结构构件的抗冲击性能研究变得越来越重要。本文研究了FRP空心柱以及FRP-混凝土组合柱的抗侧向冲击性能,首先通过落锤冲击试验对构件进行了试验研究,分析了FRP复合材料管纤维纵横向铺层比例对FRP空心柱以及FRP-混凝土组合柱的影响、构件在不同冲击高度下的破坏模式以及相同冲击能量下空心构件与实心构件破坏模式的比较。采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对落锤冲击试验的构件进行了数值模拟分析。主要研究内容有以下几点:1、采用高性能落锤冲击试验机分别对FRP空心柱以及FRP-混凝土组合柱进行了落锤冲击试验,通过测量冲击力时程曲线、位移时程曲线,分析研究冲击能量、复合材料管纤维铺层、材料组合等对复合材料柱抗侧向冲击性能的影响。同时采用高速摄影仪记录并分析构件冲击破坏的形成和发展。2、通过试验得出:冲击能量对冲击力和冲击部位挠度都有显著的影响,冲击能量越大,冲击力和撞击部位挠度都随之变大;纤维纵横向铺层比例的提高对构件的冲击力峰值影响不大;空心构件与实心构件的破坏模式显著不同,空心构件都是由于冲击部位损坏而破坏,属于局部破坏,实心构件冲击部位无任何损坏,均是由于固定端环向纤维树脂断裂而破坏,且实心构件的冲击力峰值大于空心构件。3、采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对落锤冲击试验进行了模拟分析。建立试验构件有限元模型,并与试验结果进行对比,校验有限元模型。在此基础上,建立高速公路复合材料组合柱防撞护栏有限元模型与汽车模型,模拟、分析实际车撞工况作用下复合材料护栏系统的抗撞性能。
[Abstract]:FRP (Fiber Reinforced Polymer) fiber reinforced composites are widely used in structural strengthening and new construction because of their advantages of light weight, high strength and corrosion resistance. At present, most of the researches on FRP and FRP confined concrete structures are devoted to static behavior. In this high speed era, the accidents of impact, impact and explosion damage of building structure are more and more frequent, so it is more and more important to study the anti-shock performance of structural components. In this paper, the lateral impact resistance of FRP hollow columns and FRP- concrete composite columns is studied. The effects of the ratio of fiber longitudinal and transverse layers of FRP composite pipe on FRP hollow columns and FRP- concrete composite columns are analyzed. The failure modes of the members at different impact heights and the failure modes of hollow members and solid members under the same impact energy are compared. The finite element analysis software ANSYS/LS-DYNA is used to simulate and analyze the components of drop hammer impact test. The main research contents are as follows: 1. The impact tests of FRP hollow columns and FRP- concrete composite columns are carried out by using a high performance drop hammer impact testing machine. The impact force time history curve and displacement time history curve are measured by measuring the impact force time history curve and displacement time history curve. The effects of impact energy, fiber layer and material combination on lateral impact resistance of composite columns were studied. At the same time, the high-speed photography instrument is used to record and analyze the formation and development of the impact failure of the components. The test results show that the impact energy has a significant effect on the impact force and the deflection of the impact position, and the larger the impact energy, the greater the impact energy. Both the impact force and the deflection of the impact site become larger; the increase of fiber longitudinal and transverse layer ratio has little effect on the peak impact force of the member; the failure mode of the hollow member and the solid member is significantly different. The hollow members are damaged by the damage of the impact part, which belongs to the local damage. The impingement part of the solid component is not damaged at all, but it is destroyed by the fracture of the fixed end annular fiber resin. The peak value of impact force of solid component is larger than that of hollow component. The finite element analysis software ANSYS/LS-DYNA is used to simulate the impact test of drop hammer. The finite element model of the test member is established and compared with the test results to verify the finite element model. On this basis, the finite element model and vehicle model of composite column are established, and the anti-collision performance of composite guardrail system under actual vehicle impact condition is analyzed.
【学位授予单位】:南京工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU398.9

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本文编号:2222497

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