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基本信息

項目名稱：
GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土偏壓柱受力過程仿真模擬
小類：
能源化工
簡介：
為進(jìn)一步研究GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土偏壓柱的受力性能，對其在偏心受壓荷載作用下的整個受力過程進(jìn)行分折?；谄浇孛婕俣ǖ挠邢迼l帶法，根據(jù)現(xiàn)有加固理論及相關(guān)技術(shù)規(guī)程編制了GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土偏壓柱承載力計算程序。利用該程序計算得到荷載與變形的關(guān)系曲線，以及混凝土強(qiáng)度、長細(xì)比、偏心距、含骨率對荷載-變形的影響曲線。
詳細(xì)介紹：
GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土柱是在纏繞成型的GFRP管中埋設(shè)型鋼，然后填充混凝土而形成組合柱。該組合柱主要通過GFRP管對混凝土的約束，迫使混凝土處于三向受力狀態(tài)，從而達(dá)到提高混凝土強(qiáng)度的目的。同時，鋼骨分擔(dān)了混凝土的部分軸力，致使組合柱的承載能力有所提高，外圍混凝土阻止或緩解了鋼骨局部屈曲現(xiàn)象的產(chǎn)生，是一種合理的組合結(jié)構(gòu)形式。在實際工程中，由于荷載作用位置的不定性、混凝土不均勻性以及施工偏差等原因都可能產(chǎn)生偏心，形成偏心受壓柱，所以偏心受壓是GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土組合柱在實際工程中最主要的受力形式之一。為此，掌握其受力性能和一般規(guī)律對工程應(yīng)用有著很重要的指導(dǎo)意義。目前，國內(nèi)外已有專家研究了GFRP管混凝土柱的受力性能，國內(nèi)對該組合柱力學(xué)性能研究尚比較少見。為此，在計算機(jī)仿真分析方面的研究比較缺乏。筆者根據(jù)文獻(xiàn)[12-13]，利用數(shù)值計算方法，考慮了材料的非線性，編制了加固結(jié)構(gòu)偏壓承載力計算程序，對GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土偏壓組合柱從加載至破壞的整個過程進(jìn)行了分析，給出了荷載—撓度曲線。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

軸壓狀態(tài)是GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土柱最理想的受力狀態(tài)，但是，在實際工程中，由于荷載作用位置的不定性、混凝土不均勻性以及施工偏差等原因都可能產(chǎn)生偏心，所以偏心受壓狀態(tài)是組合柱在實際工程中最重要的受力形式，為此，掌握其受力性能和一般規(guī)律對工程應(yīng)用有著很重要的意義。為此為了便于設(shè)計，根據(jù)GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土偏心受壓柱承載力計算公式。利用纖維模型法編制非線性分析程序，對偏壓柱進(jìn)行非線性全過程分析。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

國內(nèi)對GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土組合柱力學(xué)性能研究尚比較少見。為此，在計算機(jī)仿真分析方面的研究比較缺乏。本文利用數(shù)值計算方法，考慮了材料的非線性，編制了結(jié)構(gòu)受力全過程計算程序，對GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土偏壓組合柱從加載至破壞的整個過程進(jìn)行了分析，給出了荷載—撓度曲線，計算的結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。證明了該程序的正確性?？蔀樵摻Y(jié)構(gòu)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義

構(gòu)件是在纏繞成型的GFRP管中埋設(shè)型鋼，然后填充混凝土而形成組合柱。該組合柱主要通過GFRP管對混凝土的約束，迫使混凝土處于三向受力狀態(tài)，從而達(dá)到提高混凝土強(qiáng)度的目的。同時，鋼骨分擔(dān)了混凝土的部分軸力，致使組合柱的承載能力有所提高，外圍混凝土阻止或緩解了鋼骨局部屈曲現(xiàn)象的產(chǎn)生，是一種合理的組合結(jié)構(gòu)形式。本計算機(jī)仿真程序經(jīng)過試驗驗證了其正確性，為該結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實際應(yīng)用提供設(shè)計依據(jù)。

學(xué)術(shù)論文摘要

為進(jìn)一步研究GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土偏壓柱的受力性能，對其在偏心受壓荷載作用下的整個受力過程進(jìn)行分析。方法 基于平截面假定的有限條帶法，根據(jù)現(xiàn)有加固理論及相關(guān)技術(shù)規(guī)程編制了GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土偏壓柱承載力計算程序。結(jié)果 利用該程序計算得到荷載與變形的關(guān)系曲線，以及混凝土強(qiáng)度、長細(xì)比、偏心距、含骨率對荷載-變形的影響曲線。計算表明 試件極限承載力隨長細(xì)比的增大而減小，構(gòu)件曲線的彈性階段逐漸縮短，剛度逐漸喪失；試件極限承載力隨偏心距的增大而減??；構(gòu)件延性能有所改善；試件極限承載力隨混凝土強(qiáng)度的提高而提高，計算的結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好，為實際設(shè)計提供依據(jù)。

獲獎情況

無

鑒定結(jié)果

無

參考文獻(xiàn)

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.

同類課題研究水平概述

將混凝土澆筑于FRP管中是一種新型組合結(jié)構(gòu)，最初由美國學(xué)者Amir mirmiran提出。這種新型組合結(jié)構(gòu)具有非常突出的優(yōu)點(diǎn)，收到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。該組合結(jié)構(gòu)能很好地適應(yīng)現(xiàn)在工程結(jié)構(gòu)向高聳、大跨、重載、耐久等方向的發(fā)展，正被越來越廣泛的應(yīng)用于橋梁、工業(yè)與民用建筑、海洋及地下工程中。美、加、日及歐洲一些發(fā)達(dá)國家對FRP管混凝土組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行了許多深入的理論和實驗研究。美國維吉尼亞州的一座大橋46根預(yù)制樁成功的應(yīng)用了這種組合結(jié)構(gòu)。 本文研究的GFRP(Glass fiber reinforced polymer)管SRC組合構(gòu)件是在GFRP管內(nèi)設(shè)置型鋼，然后澆注高強(qiáng)混凝土而形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)形式。在GFRP管鋼骨高強(qiáng)混凝土組合結(jié)構(gòu)中，一方面，內(nèi)部鋼骨受到外圍混凝土約束 ，避免或延緩了鋼骨局部屈曲現(xiàn)象的發(fā)生，鋼骨增加了組合構(gòu)件的抗剪能力和抗震延性；另一方面，由于混凝土的存在，緩解了GFRP管這種薄壁構(gòu)件的屈曲穩(wěn)定，同時，由于GFRP管的約束作用，使核心混凝土受縱向荷載作用時，其橫向變形受到限制，處于三向受力狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度，特別是改善了高強(qiáng)混凝土（高強(qiáng)混凝土）的抗震延性。GFRP管還可以作為澆筑其核心混凝土的模板，可節(jié)省支模費(fèi)用，加快施工速度。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，F(xiàn)RP混凝土結(jié)構(gòu)在工程中已經(jīng)得到了一些應(yīng)用，并已初步顯示出其對舊建筑物的加固改造、新建筑物的優(yōu)點(diǎn)，然而，F(xiàn)RP管鋼骨高強(qiáng)混凝土組合結(jié)構(gòu)對改善構(gòu)件抗震性能、減小構(gòu)件截面尺寸、提高建筑物的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等具有很大潛力，該組合結(jié)構(gòu)在我國將進(jìn)一步得到應(yīng)用，為此，對該組合結(jié)構(gòu)受力性能及計算理論進(jìn)行研究具有現(xiàn)實意義。
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