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
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 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
- 无
鉴定结果
- 无
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。
