GFRP-混凝土-钢管中空夹层复合结构短柱轴压性能试验研究

摘要

由外管GFRP管和内管钢管以及中间的混凝土三种材料组成的中空GFRP-混凝土-钢管双壁复合结构短柱在土木工程领域中是崭新的类型且该类型复合结构短柱有耐腐蚀性较好、抗震性能良好、自身重量比较轻等特点使其有杰出的工程应用前景，近10年来五湖四海的学者进行了该类复合结构构件的力学性能研究但还正在起步且研究内容较为基础。本文使用试验与有限元模拟相结合的方式来开展该类型中空双壁复合结构短柱在轴心受压条件下的力学性能的研究工作。
　　在试验分析部分，考虑中空率、混凝土强度等级、GFRP管径厚比三个影响参数，设计制作了27个GFRP-混凝土-圆钢管中空夹层复合结构短柱以及27个GFRP-混凝土-方钢管中空夹层复合结构短柱，进行轴压试验。通过试验得到该中空复合结构短柱试件的破坏模式、该结构试件的荷载-位移关系以及该结构试件的荷载-应变关系且分析各个变化参数对该结构构件轴心受压力学性能的产生的作用。试验结果表明：中空GFRP-混凝土-圆钢管双壁复合结构短柱以及中空GFRP-混凝土-方钢管双壁复合结构短柱试件的极限承载力随中空率和外管GFRP管径厚比的增大而减小而随混凝土强度等级提高而增大。
　　在有限元模拟部分，本文使用ABAQUS模拟了GFRP-混凝土-钢管中空夹层复合结构短柱的轴压过程，通过模拟得到GFRP-混凝土-圆钢管中空夹层复合结构短柱试件与内管截面形状为方形的该类型中空双壁复合结构短柱试件的破坏后的形态、轴心受压极限承载力、荷载-位移关系、应力分布等这些成果与试验得到的这些成果能够吻合良好，验证了有限元模型的有效性。此外，使用通过已验证有效性的有限元模型进行了试件的参数分析，主要研究的变化参数为中空率、外管径厚比和混凝土强度等级，通过ABAQUS计算得到的成果可以发现三个变化因素对极限承载力的影响变化与通过试验获得的结论相吻合。最后，在有限元参数分析的前提下获得适用于该复合结构构件内管截面形状分别为圆形和方形的两种合理的轴心受压承载力建议公式，为该类型的结构设计提供了指导。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容及创新点

第2章 中空GFRP-混凝土-钢管组合短柱轴压试验研究

2.1 引言

2.2 试件概况

2.3 试验量测与加载方案

2.4 试验现象

2.5 试验结果及分析

2.6 本章小结

第3章 中空GFRP混凝土钢管复合短柱轴压数值分析

3.1 引言

3.2 材料的本构关系

3.3 有限元模型的建立

3.4 有限元模拟的结果

3.5 有限元参数分析

3.6 本章小结

第4章 GFRP-混凝土-钢管双壁组合短柱承载力表达式

4.1 引言

4.2 内管截面形状为圆形的复合结构短柱轴压极限承载力计算式

4.3 内管截面形状为方形的复合结构短柱轴压极限承载力计算式

4.4 本章小结

第5章 结语

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文和研究成果