【摘要】：纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer,簡(jiǎn)稱FRP),因具有優(yōu)異對(duì)的耐腐蝕性、耐磨性好、耐久性突出、抗拉強(qiáng)度大、豐富的可塑性、材料自重小等性能優(yōu)點(diǎn),自從FRP材料被發(fā)明以來就受到了眾多的國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的密切關(guān)注,其中FRP在結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用以FRP管-混凝土-鋼管組合結(jié)構(gòu)較為典型。FRP管-混凝土-鋼管組合梁是在FRP管內(nèi)架好鋼管,再在兩管管內(nèi)之間澆筑混凝土而形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)。FRP管-混凝土-鋼管組合梁因FRP材料具有良好的耐腐蝕性和耐久性能夠較好的抵抗外部惡劣的環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的侵蝕;FRP管的存在既能對(duì)內(nèi)部混凝土可以起到約束作用,使結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能得以提高,還能夠作為永久模板并保護(hù)管內(nèi)的材料,節(jié)省施工作業(yè)的時(shí)間和成本。FRP管-混凝土-鋼管組合結(jié)構(gòu)做為新型組合構(gòu)件有望在將來得到較為普遍的應(yīng)用。本文依據(jù)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外有關(guān)FRP管約束混凝土的研究現(xiàn)狀,針對(duì)FRP混凝土-鋼管組合梁的受力原理,通過理論分析和利用ABAQUS有限元軟件模擬分析相結(jié)合的研究方式,對(duì)FRP混凝土-鋼管組合梁力學(xué)性能展開以下步驟的研究:1)通過ABAQUS有限元分析軟件,建立FRP混凝土-鋼管組合梁的計(jì)算模型,并將有限元模擬分析得到的荷載-撓度曲線、極限荷載、極限撓度值、變形情況等力學(xué)性能指標(biāo)與參考文獻(xiàn)中試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析。驗(yàn)證了FRP管-混凝土-鋼管組合梁的有限元模型準(zhǔn)確性;2)通過對(duì)FRP管-混凝土-鋼管組合梁的數(shù)值模擬,研究分析了組合結(jié)構(gòu)的工作原理,并研究分析了不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)、FRP管層數(shù)、鋼管厚度、鋼管偏心距等影響因素對(duì)組合結(jié)構(gòu)受彎性能的影響。得到了不同影響因素對(duì)組合梁受彎性能的影響規(guī)律;3)通過查閱相關(guān)文獻(xiàn),歸納匯總了現(xiàn)有FRP管-混凝土-鋼管組合梁抗彎承載力的計(jì)算公式,并將計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果相對(duì)比。經(jīng)對(duì)比理論公式的計(jì)算結(jié)果與數(shù)值模擬結(jié)果較吻合。
【學(xué)位授予單位】：東北石油大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU398.9
【圖文】：

2.6.2 模型試件的建立1）建立部件、材料及截面屬性在 ABAQUS 軟件“部件”模塊中分別建立混凝土、墊塊、鋼管和 FRP 管的模型，在界面“模塊”中選擇“屬性”模塊，定義混凝土、鋼管、墊塊、FRP 管的材料的本構(gòu)關(guān)系模型和截面屬性，并將截面屬性賦予各部件上�；炷敛考Ｐ筒捎玫氖侨S實(shí)體單元中的 C3D8R 六面體減縮積分單元，因?yàn)?C3D8R 實(shí)體單元適用于對(duì)大變形的非線性圖 2-4 試件截面形式圖 圖 2-5 試件尺寸圖表 2-1 試驗(yàn)參數(shù)表試件編號(hào)FRP 管 鋼管 混凝土抗壓強(qiáng)度/MPa厚度/mm 外徑/mm 偏心距/mm 外徑/mm 厚度/mm E/MPa屈服強(qiáng)度/MPaB-E0-18.2 0 152.5 18.2 76.1 3.5 208.6 340.3 33.4B-E1-18.2 0.17 152.5 18.2 76.1 3.5 208.6 340.3 33.4

2.6.2 模型試件的建立1）建立部件、材料及截面屬性在 ABAQUS 軟件“部件”模塊中分別建立混凝土、墊塊、鋼管和 FRP 管的模型，在界面“模塊”中選擇“屬性”模塊，定義混凝土、鋼管、墊塊、FRP 管的材料的本構(gòu)關(guān)系模型和截面屬性，并將截面屬性賦予各部件上�；炷敛考Ｐ筒捎玫氖侨S實(shí)體單元中的 C3D8R 六面體減縮積分單元，因?yàn)?C3D8R 實(shí)體單元適用于對(duì)大變形的非線性圖 2-4 試件截面形式圖 圖 2-5 試件尺寸圖表 2-1 試驗(yàn)參數(shù)表試件編號(hào)FRP 管 鋼管 混凝土抗壓強(qiáng)度/MPa厚度/mm 外徑/mm 偏心距/mm 外徑/mm 厚度/mm E/MPa屈服強(qiáng)度/MPaB-E0-18.2 0 152.5 18.2 76.1 3.5 208.6 340.3 33.4B-E1-18.2 0.17 152.5 18.2 76.1 3.5 208.6 340.3 33.4

c) 混凝土模型 d) 鋼管模型圖 2-6 各部件示意圖2)定義裝配件、約束、荷載及邊界條件實(shí)際在 FRP 管-混凝土-鋼管組合梁受力的過程中，混凝土和 FRP 界面之間切向作用通過摩擦力來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)受力過程中剪應(yīng)力小于臨界值時(shí)，兩界面之間不產(chǎn)生相對(duì)滑移，剪應(yīng)力超過臨界值時(shí)，混凝土梁外表面和 FRP 管的內(nèi)表面之間一般會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)和移，模擬過程中對(duì)法向界面的法向行為定義為“硬接觸”的模式，通過設(shè)置庫倫摩擦數(shù)考慮摩擦力大小，可有效準(zhǔn)確模擬分析界面之間接觸情況與互相分離的情況。組合梁墊塊和 FRP 管兩個(gè)表面之間是通過“Tie”（綁定）的命令將兩個(gè)材料進(jìn)行束。為了防止模擬過程中應(yīng)力集中，荷載的施加是通過在墊塊設(shè)置兩個(gè)參考點(diǎn)，坐標(biāo)別為（0,100,500），（0,100,1000），用“Coupling”（耦合）的命令將參考點(diǎn)耦合在塊上面，“耦合”的類型選擇為連續(xù)分部，通過設(shè)置在剛性墊塊上的參考點(diǎn)來傳遞集力荷載。本課題分析模型試件為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，在左側(cè)墊塊底部中線部位施加一個(gè)豎向束，在右側(cè)墊塊底部中線部位處分別施加豎向和軸向約束，設(shè)置完后試件的示意圖如所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 金小群;鐘偉峰;;纖維增強(qiáng)材料管-混凝土-鋼管組合構(gòu)件的研究進(jìn)展[J];工業(yè)建筑;2015年08期

2 張霓;王連廣;;GFRP管-混凝土-鋼管受彎構(gòu)件非線性分析[J];鋼結(jié)構(gòu);2014年12期

3 盧哲剛;姚諫;陳柏新;;FRP管-混凝土-鋼管組合柱的界限長(zhǎng)細(xì)比[J];空間結(jié)構(gòu);2013年01期

4 王娟;趙均海;朱倩;張志超;劉琦;;纖維增強(qiáng)復(fù)合材料-混凝土-鋼雙壁空心管短柱的軸壓承載力[J];工業(yè)建筑;2011年11期

5 余濤;滕錦光;;FRP-混凝土-鋼雙壁空心構(gòu)件及其在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用前景[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2011年05期

6 吳毅彬;金國(guó)芳;;增強(qiáng)纖維約束混凝土柱承載力計(jì)算方法對(duì)比[J];玻璃鋼/復(fù)合材料;2011年01期

7 陳百玲;王連廣;秦國(guó)鵬;;GFRP管鋼筋混凝土組合構(gòu)件抗彎性能實(shí)驗(yàn)研究[J];東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2010年10期

8 孫濤;王慶利;邵永波;侯婷婷;;圓CFRP-鋼管混凝土受彎性能研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2009年S2期

9 王清湘;阮兵峰;崔文濤;;GFRP套管鋼筋混凝土短柱軸壓力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2009年06期

10 秦國(guó)鵬;王連廣;周樂;;GFRP管混凝土組合柱軸壓性能研究[J];工業(yè)建筑;2009年10期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 李陽;GFRP管鋼筋混凝土梁受力性能分析[D];東北石油大學(xué);2013年

2 崔文濤;GFRP套管鋼筋混凝土柱軸壓力學(xué)性能研究[D];大連理工大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2807073