GFRP套管钢筋混凝土受压柱力学性能分析

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GFRP套管钢筋混凝土受压柱是由钢筋混凝土柱外包GFRP套管(玻璃纤维增强材料)而形成的组合柱。GFRP套管钢筋混凝土受压柱中的核心混凝土受到GFRP材料的横向约束,约束作用使核心混凝土的受力状况进一步地复杂化,使核心混凝土由单向受压状态而处于三向受力的复杂应力状态,同时这种横向约束的作用可以使混凝土中初始的细小裂缝和空隙发展放缓,同时也能约束核心混凝土的横向变形。由于GFRP具有很高的耐腐蚀性以及抗拉强度较高,所以该构件主要用于预应力结构和防腐要求较高的工程结构中以代替钢筋及钢管等其它形式的增强作用。为更加详细的说明GFRP套管钢筋混凝土受压柱力学性能,本文主要工作内容有:首先,提出了一种FRP套管在单向受力情况下,FRP套管中核心混凝土的应力—应变模型,得到了核心混凝土轴向压应力随轴向压应变增长变化规律,计算结果与试验结果吻合较好。依据力学模型,讨论了混凝土强度、管壁厚度等参数对核心混凝土轴向应力—应变关系曲线的影响。其次,在前人试验研究基础上,采用有限元分析技术,建立了GFRP套管钢筋混凝土轴心受压柱三维非线性有限元数值分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,验证了模型的正确性。利用上述模型,对GFRP套管钢筋混凝土轴心受压柱的受力全过程进行了三维非线性有限元数值模拟分析,讨论了套管厚度、混凝土强度、长径比及纵向配筋率等因素,对GFRP套管钢筋混凝土轴心受压柱受力性能的影响,并进而讨论了其破坏机理。最后,针对GFRP套管钢筋混凝土偏心受压柱的力学性能,建立了偏心受压柱的三维非线性有限元数值分析模型,计算结果与试验结果吻合较好,验证了模型的正确性。利用上述模型,对GFRP套管钢筋混凝土偏心受压柱的受力全过程进行了三维非线性有限元数值模拟分析,讨论了不同偏心距情况下力学性能,对大、小偏心距的界限进行了初步的判断。进而,分别在大、小偏心距情况下研究了GFRP套管钢筋混凝土柱的荷载-侧向位移曲线、GFRP套管与混凝土柱中截面的应力、应变分布规律等;讨论了套管厚度、长径比、纵向配筋率等影响因素对GFRP套管钢筋混凝土偏心受压柱力学性能的影响。
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