基本信息

项目名称:
GFRP管钢骨高强混凝土偏压柱受力过程仿真模拟
小类:
能源化工
简介:
为进一步研究GFRP管钢骨高强混凝土偏压柱的受力性能,对其在偏心受压荷载作用下的整个受力过程进行分折。基于平截面假定的有限条带法,根据现有加固理论及相关技术规程编制了GFRP管钢骨高强混凝土偏压柱承载力计算程序。利用该程序计算得到荷载与变形的关系曲线,以及混凝土强度、长细比、偏心距、含骨率对荷载-变形的影响曲线。
详细介绍:
GFRP管钢骨高强混凝土柱是在缠绕成型的GFRP管中埋设型钢,然后填充混凝土而形成组合柱。该组合柱主要通过GFRP管对混凝土的约束,迫使混凝土处于三向受力状态,从而达到提高混凝土强度的目的。同时,钢骨分担了混凝土的部分轴力,致使组合柱的承载能力有所提高,外围混凝土阻止或缓解了钢骨局部屈曲现象的产生,是一种合理的组合结构形式。在实际工程中,由于荷载作用位置的不定性、混凝土不均匀性以及施工偏差等原因都可能产生偏心,形成偏心受压柱,所以偏心受压是GFRP管钢骨高强混凝土组合柱在实际工程中最主要的受力形式之一。为此,掌握其受力性能和一般规律对工程应用有着很重要的指导意义。目前,国内外已有专家研究了GFRP管混凝土柱的受力性能,国内对该组合柱力学性能研究尚比较少见。为此,在计算机仿真分析方面的研究比较缺乏。笔者根据文献[12-13],利用数值计算方法,考虑了材料的非线性,编制了加固结构偏压承载力计算程序,对GFRP管钢骨高强混凝土偏压组合柱从加载至破坏的整个过程进行了分析,给出了荷载—挠度曲线。

作品专业信息

撰写目的和基本思路

轴压状态是GFRP管钢骨高强混凝土柱最理想的受力状态,但是,在实际工程中,由于荷载作用位置的不定性、混凝土不均匀性以及施工偏差等原因都可能产生偏心,所以偏心受压状态是组合柱在实际工程中最重要的受力形式,为此,掌握其受力性能和一般规律对工程应用有着很重要的意义。为此为了便于设计,根据GFRP管钢骨高强混凝土偏心受压柱承载力计算公式。利用纤维模型法编制非线性分析程序,对偏压柱进行非线性全过程分析。

科学性、先进性及独特之处

国内对GFRP管钢骨高强混凝土组合柱力学性能研究尚比较少见。为此,在计算机仿真分析方面的研究比较缺乏。本文利用数值计算方法,考虑了材料的非线性,编制了结构受力全过程计算程序,对GFRP管钢骨高强混凝土偏压组合柱从加载至破坏的整个过程进行了分析,给出了荷载—挠度曲线,计算的结果与试验结果吻合良好。证明了该程序的正确性。可为该结构应用奠定基础。

应用价值和现实意义

构件是在缠绕成型的GFRP管中埋设型钢,然后填充混凝土而形成组合柱。该组合柱主要通过GFRP管对混凝土的约束,迫使混凝土处于三向受力状态,从而达到提高混凝土强度的目的。同时,钢骨分担了混凝土的部分轴力,致使组合柱的承载能力有所提高,外围混凝土阻止或缓解了钢骨局部屈曲现象的产生,是一种合理的组合结构形式。本计算机仿真程序经过试验验证了其正确性,为该结构构件的实际应用提供设计依据。

学术论文摘要

为进一步研究GFRP管钢骨高强混凝土偏压柱的受力性能,对其在偏心受压荷载作用下的整个受力过程进行分析。方法 基于平截面假定的有限条带法,根据现有加固理论及相关技术规程编制了GFRP管钢骨高强混凝土偏压柱承载力计算程序。结果 利用该程序计算得到荷载与变形的关系曲线,以及混凝土强度、长细比、偏心距、含骨率对荷载-变形的影响曲线。计算表明 试件极限承载力随长细比的增大而减小,构件曲线的弹性阶段逐渐缩短,刚度逐渐丧失;试件极限承载力随偏心距的增大而减小;构件延性能有所改善;试件极限承载力随混凝土强度的提高而提高,计算的结果与试验结果吻合良好,为实际设计提供依据。

获奖情况

鉴定结果

参考文献

Zhenyu Zhu, Iftekhar Ahmad, and Amir Mirmiran. Splicing of Precast Concrete-Filled FRP Tubes. Journal of Composites for Construction, Vo1.10, No.4, 2006: 345-356.

同类课题研究水平概述

将混凝土浇筑于FRP管中是一种新型组合结构,最初由美国学者Amir mirmiran提出。这种新型组合结构具有非常突出的优点,收到了国内外学者的广泛关注。该组合结构能很好地适应现在工程结构向高耸、大跨、重载、耐久等方向的发展,正被越来越广泛的应用于桥梁、工业与民用建筑、海洋及地下工程中。美、加、日及欧洲一些发达国家对FRP管混凝土组合结构进行了许多深入的理论和实验研究。美国维吉尼亚州的一座大桥46根预制桩成功的应用了这种组合结构。 本文研究的GFRP(Glass fiber reinforced polymer)管SRC组合构件是在GFRP管内设置型钢,然后浇注高强混凝土而形成的一种新型组合结构形式。在GFRP管钢骨高强混凝土组合结构中,一方面,内部钢骨受到外围混凝土约束 ,避免或延缓了钢骨局部屈曲现象的发生,钢骨增加了组合构件的抗剪能力和抗震延性;另一方面,由于混凝土的存在,缓解了GFRP管这种薄壁构件的屈曲稳定,同时,由于GFRP管的约束作用,使核心混凝土受纵向荷载作用时,其横向变形受到限制,处于三向受力状态,提高了混凝土的抗压强度,特别是改善了高强混凝土(高强混凝土)的抗震延性。GFRP管还可以作为浇筑其核心混凝土的模板,可节省支模费用,加快施工速度。 随着我国经济的不断发展,FRP混凝土结构在工程中已经得到了一些应用,并已初步显示出其对旧建筑物的加固改造、新建筑物的优点,然而,FRP管钢骨高强混凝土组合结构对改善构件抗震性能、减小构件截面尺寸、提高建筑物的综合经济指标等具有很大潜力,该组合结构在我国将进一步得到应用,为此,对该组合结构受力性能及计算理论进行研究具有现实意义。
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