FRP-钢管混凝土结构静动力学性能研究

发布时间：2019-01-08 15:34

【摘要】：FRP (Fiber Reinforced Polymor)-钢管混凝土是将FRP以特定方式粘贴于钢管表面,制成FRP-钢复合管,并在管内灌注混凝土所形成的一种复合结构。外部FRP为钢管和核心混凝土提供有效约束的同时,也为钢管提供了良好的防腐保护,而钢管的存在则保证了复合结构的刚度与延性。与传统钢管混凝土或FRP套管混凝土相比,FRP-钢管混凝土是一种更为理想的组合结构柱。本文在现有研究工作基础上应用理论分析和实验测试方法对FRP-钢管混凝土结构的几种典型静、动力学特征开展进一步的研究,内容如下：1.建立FRP-钢管混凝土轴压受力变形全过程理论分析模型。针对FRP加固普通钢管混凝土和FRP约束薄壁钢管混凝土两种不同结构特点,以Mises屈服准则和弹塑性增量理论以及约束混凝土Mander本构关系为基础,推导不同变形阶段整体结构及各组分材料的典型应力状态表达式,建立正确描述构件受力变形全过程的曲线方程。将本文理论结果与多项试验研究成果比较,以验证其正确性。应用本文方法对FRP-钢管混凝土结构模型进行参数分析,总结了FRP约束效应、截面含钢率、混凝土强度、钢材屈服强度等指标对构件整体力学性能的影响。2.提出FRP-钢管混凝土压弯构件轴力-弯矩相关关系计算公式。基于纤维模型原理对FRP-钢管混凝土压弯性能开展研究。针对实际工程中柱体受偏压荷载的情况,参考普通钢管混凝土的设计方法,建立了FRP-钢管混凝土轴压-弯矩设计计算公式,考虑了不同形式的FPR-钢复合管对核心混凝土约束程度的影响、荷载偏心率对核心混凝土本构的影响以及柱体长径比对整体构件轴压承载力的影响等。通过与数值计算结果以及FRP-钢管混凝土压弯试验结果对比,验证了计算公式的正确性。3.FRP-普通钢管混凝土拟静力试验研究。对七个尺寸相同而加固方式不同的圆形截面FRP-普通钢管混凝土试件进行了拟静力试验研究,采用轴压+竖向往复荷载组合来模拟地震动力,通过对各试件承载力、延性、刚度退化以及耗能等相关指标的分析,研究低周循环往复荷载作用下FRP-普通钢管混凝土构件的力学性能以及FRP的种类与设置方式对试件的动力学性能的影响。试验结果显示,与CFRP相比,纵向GFRP加固对柱体承载能力提高效果较弱,但其对构件延性、耗能性能的削弱较小。应用有限元方法对FRP-钢管混凝土进行数值分析,研究了FRP加固层数、轴压比以及截面含钢率等因素对柱体滞回性能的影响。4.FRP-薄壁钢管混凝土拟静力试验及理论研究。对十一根尺寸相同的FRP-薄壁钢管混凝土构件开展了拟静力试验,研究FRP对薄壁钢管混凝土的增强效果。试验发现在往复荷载作用下钢管的局部屈曲是造成柱体强度退化的主要原因,环向CFRP对柱体抗震性能提高效果更显著。相比于其他加固方式,双向GFRP加固可综合提高构件的承载力、延性及耗能性能,是一种理想的加固方式。提出了考虑局部屈曲的钢管本构模型并建立相应的恢复力准则,在此基础上采用纤维模型法原理建立FRP-钢管混凝土压弯构件滞回模型,分析了核心混凝土、钢管及FRP对整体构件累积耗能的贡献情况。5. GFRP加固腐蚀损伤钢管混凝土拟静力试验研究。研究了海洋环境下FRP对钢材的防腐效果。以此为基础对普通钢管混凝土按照不同方式进行电流加速腐蚀,对腐蚀损伤的钢管混凝土以及利用GFRP按照不同方式进行了修复的损伤钢管混凝土开展拟静力试验,以研究GFRP加固腐蚀损伤钢管混凝土的抗震性能,评估GFRP的加固效果。试验发现GFRP可对海洋环境下的钢材形成良好的防腐保护。钢管混凝土滞回性能的退化程度与腐蚀损伤形式相关,采用GFRP经合理方式加固后部分试件承载能力、延性指标得到有效恢复甚至超过原有未腐蚀构件。
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【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU398.9;TU311

【引证文献】