爆炸荷载作用下CFRP方钢管混凝土柱动力响应研究

发布时间：2017-07-13 21:01

  本文关键词：爆炸荷载作用下CFRP方钢管混凝土柱动力响应研究

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【摘要】：频繁发生的爆炸事故不断地威胁着人们的生命和财产安全,如何提高建筑结构的防爆抗爆性能,已经成为一项重要的研究课题。CFRP钢管混凝土柱因其不仅继承了普通钢管混凝土承载力高,塑性、韧性好的优点外,还具有良好的耐火、耐腐蚀性,优越的抗震性能,且能有效避免厚壁钢管的使用,在国内外逐渐广泛兴起,是发展前景较好的一种新型组合结构形式。目前关于CFRP钢管混凝土柱的研究主要集中在静力方面,而动力性能的研究较少。因此本文以CFRP方钢管混凝土柱为研究对象,采用理论分析与数值模拟相结合的方法对其承载力和在爆炸荷载下的动力响应进行了研究。主要研究内容和成果如下:(1)基于双剪统一强度理论,结合钢管混凝土统一理论思想,通过等效应力系数与等效约束系数,将CFRP方钢管混凝土柱转化为圆形截面进行分析,推导出了适用于CFRP方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式,将该公式计算结果与相关文献试验值进行对比,验证了其正确性,并分析了混凝土强度等级、钢管壁厚及CFRP厚度等对承载力的影响。(2)基于钢管混凝土统一理论与本文的研究成果,求出了CFRP方钢管混凝土柱的组合刚度,进而推导了塑性极限弯矩,并将爆炸荷载简化为下降三角形荷载,采用等效单自由度法对CFRP方钢管混凝土柱在爆炸荷载下的动力响应进行了理论分析,得到了柱子中部最大动位移。(3)采用有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立CFRP方钢管混凝土柱的有限元模型,对其在爆炸荷载下的动态响应进行数值模拟,通过与上述理论分析结果对比验证了模型的正确性,研究了CFRP厚度、混凝土强度等级、钢材强度等级、含钢率、柱高、轴压比及比例距离等对CFRP方钢管混凝土柱在爆炸荷载作用下动态响应的影响规律。
【关键词】：爆炸荷载 CFRP方钢管混凝土柱 动态响应 等效单自由度体系 数值模拟
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU398.9;TU311.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 CFRP钢管混凝土10-11
• 1.3 研究现状11-15
• 1.3.1 CFRP构件的研究现状11-12
• 1.3.2 爆炸冲击波荷载的研究现状12
• 1.3.3 材料动态性能的研究现状12-14
• 1.3.4 爆炸荷载下构件动态响应的研究现状14-15
• 1.4 本文研究内容15-17
• 第二章 爆炸冲击荷载和材料的动力性能17-23
• 2.1 爆炸分类17
• 2.2 爆炸冲击荷载的基本理论17-20
• 2.2.1 爆炸冲击波的形成与传播17-18
• 2.2.2 爆炸相似定律18-19
• 2.2.3 爆炸荷载的简化19-20
• 2.3 结构抗爆设计的原则及方法20-21
• 2.3.1 结构抗爆设计的原则20
• 2.3.2 结构抗爆设计的方法20-21
• 2.4 材料的动力性能21-22
• 2.4.1 混凝土的应变率效应21
• 2.4.2 钢材的应变率效应21
• 2.4.3 碳纤维布的应变率效应21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 第三章 CFRP方钢管混凝土轴压短柱承载力分析23-31
• 3.1 统一强度理论23-24
• 3.2 极限承载力分析24-28
• 3.2.1 CFRP受力分析24-25
• 3.2.2 方钢管受力分析25-26
• 3.2.3 核心混凝土的轴压强度26-27
• 3.2.4 极限承载力计算27-28
• 3.3 极限承载力的验证和影响因素分析28-30
• 3.3.1 计算结果对比28-29
• 3.3.2 影响因素分析29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 CFRP方钢管混凝土柱的动力响应31-41
• 4.1 等效单自由度体系31-34
• 4.1.1 等效单自由度体系31-32
• 4.1.2 等效体系32-34
• 4.2 动态响应计算34-36
• 4.3 CFRP方钢管混凝土柱的动力响应36-38
• 4.3.1 组合强度及组合弹性模量36-37
• 4.3.2 CFRP方钢管混凝土柱的塑性极限弯矩37-38
• 4.4 算例分析38-40
• 4.5 本章小结40-41
• 第五章 CFRP方钢管混凝土柱在爆炸荷载下的数值模拟41-57
• 5.1 ANSYS/LS-DYNA有限元程序41
• 5.2 有限元模型的建立41-47
• 5.2.1 单元类型42-43
• 5.2.2 材料模型43-44
• 5.2.3 荷载施加方法44-47
• 5.2.4 计算设置47
• 5.3 结果对比分析47-50
• 5.3.1 模拟结果分析47-49
• 5.3.2 模拟结果与理论结果的对比49-50
• 5.4 影响因素分析50-55
• 5.4.1 CFRP的厚度50-51
• 5.4.2 混凝土强度等级51-52
• 5.4.3 钢材强度等级52-53
• 5.4.4 含钢率53
• 5.4.5 柱高53-54
• 5.4.6 轴压比54-55
• 5.4.7 比例距离55
• 5.5 本章小结55-57
• 结论与展望57-59
• 参考文献59-67
• 攻读学位期间取得的研究成果67-69
• 致谢69

【参考文献】

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本文编号：538337