CFRP钢管混凝土柱抗爆动力响应研究

摘要

频繁发生的爆炸事件导致对房屋建筑及结构的破坏不仅带来了巨大的经济损失,还造成了大量的人员伤亡。因此对建筑物进行抗爆设计、研究爆炸荷载作用下结构构件的动力响应及研究如何提高和增强结构的抗爆性能成为了迫切的要求。碳纤维(carbon fiber reinforced polymer/plastic,简称CFRP)钢管混凝土这种新型结构可以充分发挥三向受压混凝土抗压强度高的优点,同时可以避免钢管的屈曲,承载能力更高、耐久性能更好。将CFRP结合钢管使用,可以减小钢管的壁厚,减轻结构整体的自重,也可用它替代高强钢材,从而降低钢管混凝土的成本,同时还可以在一定程度上解决钢管腐蚀和CFRP筒塑性不足的问题。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究了CFRP钢管混凝土柱在爆炸荷载作用下的动力响应。主要内容和成果为:
　　(1)采用钢管混凝土统一理论求解了CFRP钢管混凝土柱的组合刚度,推导了CFRP钢管混凝土柱的塑性极限弯矩,用下降三角形荷载代替爆炸荷载,用等效单自由度体系方法求解了CFRP钢管混凝土柱在爆炸荷载作用下的动力响应。
　　(2)利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,采用Solid164单元模拟钢管和混凝土,Shell163单元模拟CFRP,建立了CFRP钢管混凝土柱模型,通过对结构一侧施加下降三角形荷载模拟爆炸荷载对结构的作用。将数值分析结果与理论计算结果进行比较,结果吻合较好,可以互为验证。
　　(3)通过改变模型参数及爆炸荷载-时间曲线,分析了CFRP加固层数、含钢率、折合距离对CFRP钢管混凝土柱动力响应的影响。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 CFRP钢管混凝土结构

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第二章 基本理论

2.1 复合材料

2.2 CFRP复合材料

2.3 爆炸

2.4 本章小节

第三章 CFRP钢管混凝土柱的动力响应

3.1 等效单自由度法

3.2 CFRP钢管混凝土的动力响应

3.3 CFRP钢管混凝土柱动力响应算例

3.4 本章小结

第四章 CFRP钢管混凝土柱受爆炸荷载作用的模拟

4.1 LS-DYNA软件

4.2 爆炸荷载的施加方法

4.3 单元的选取

4.4 材料模型的选取

4.5 计算设置

4.6 本章小结

第五章 爆炸荷载下CFRP钢管混凝土柱的有限元分析

5.1 模型的建立

5.2 结果对比分析

5.3 影响因素分析

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

攻读学位期间的获奖情况

攻读学位期间参与的主要科研项目

致谢