FRP空心柱及FRP-混凝土组合柱抗侧向冲击性能研究

摘要

FRP(Fiber Reinforced Polymer)纤维增强复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等特点，被广泛地运用于结构的加固和新建工程当中。目前对FRP以及FRP约束混凝土结构的研究大多数都是致力于静力性能，对结构在一些爆炸冲击荷载作用下的动力性能研究得较少。在这个高速的时代，建筑结构遭受到撞击、冲击以及爆炸破坏的事故越来越多，因此对建筑结构构件的抗冲击性能研究变得越来越重要。
　　本文研究了FRP空心柱以及FRP-混凝土组合柱的抗侧向冲击性能，首先通过落锤冲击试验对构件进行了试验研究，分析了FRP复合材料管纤维纵横向铺层比例对FRP空心柱以及FRP-混凝土组合柱的影响、构件在不同冲击高度下的破坏模式以及相同冲击能量下空心构件与实心构件破坏模式的比较。采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对落锤冲击试验的构件进行了数值模拟分析。主要研究内容有以下几点:
　　1、采用高性能落锤冲击试验机分别对FRP空心柱以及FRP-混凝土组合柱进行了落锤冲击试验，通过测量冲击力时程曲线、位移时程曲线，分析研究冲击能量、复合材料管纤维铺层、材料组合等对复合材料柱抗侧向冲击性能的影响。同时采用高速摄影仪记录并分析构件冲击破坏的形成和发展。
　　2、通过试验得出:冲击能量对冲击力和冲击部位挠度都有显著的影响，冲击能量越大，冲击力和撞击部位挠度都随之变大;纤维纵横向铺层比例的提高对构件的冲击力峰值影响不大;空心构件与实心构件的破坏模式显著不同，空心构件都是由于冲击部位损坏而破坏，属于局部破坏，实心构件冲击部位无任何损坏，均是由于固定端环向纤维树脂断裂而破坏，且实心构件的冲击力峰值大于空心构件。
　　3、采用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对落锤冲击试验进行了模拟分析。建立试验构件有限元模型，并与试验结果进行对比，校验有限元模型。在此基础上，建立高速公路复合材料组合柱防撞护栏有限元模型与汽车模型，模拟、分析实际车撞工况作用下复合材料护栏系统的抗撞性能。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 FRP约束混凝土应用现状

1．3 国内外研究现状及动态分析

1．3．1 FRP-混凝土组合柱的研究现状

1．3．2 FRP-混凝土组合柱静力性能研究

1．3．3 FRP以及FRP约束混凝土的动力学研究现状

1．3．4 冲击动力学的研究现状

1．4 本文主要研究内容

第二章 FRP圆柱弯曲试验

2．1 引言

2．2 材性试验

2．2．1 FRP管

2．2．2 混凝土

2．3 FRP圆柱静载试验

2．3．1 试验概况

2．3．2 试验结果及破坏状态分析

2．4 本章小结

第三章 FRP圆柱侧向冲击试验

3．1 引言

3．2 试验概况

3．2．1 落锤试验机简介

3．2．2 数据采集系统

3．2．3 试件设计

3．2．4 试件的加工制作

3．2．5 加载方案与量测装置

3．3 试验结果及破坏状态分析

3．3．1 试验现象

3．3．2 试验结果

3．4 本章小结

第四章 落锤冲击试验的有限元分析

4．1 引言

4．2 非线性动力有限元程序简介

4．3 落锤冲击试验的有限元模拟

4．3．1 单元的选用

4．3．2 材料属性

4．3．3 几何模型的建立

4．3．4 界面接触的定义

4．3．5 边界条件、加速度及初始速度的定义

4．4 有限元模型结果与分析

4．4．1 破坏模式的对比

4．4．2 冲击力时程曲线

4．5 整体护栏的有限元模拟

4．5．1 护栏模型建立

4．5．2 结果分析

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 本文主要结论

5．2 今后工作展望

参考文献

攻读硕士期间成果

致谢