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钢管混凝土组合柱新技术研究

作　者: 赵鑫
导　师: 徐亚丰
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 结构工程
关键词: 外包钢碳纤维加固模拟分析组合柱承载力火灾温度场
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 63次
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内容摘要

由于一般承受较大的轴力，钢管混凝土组合柱在高轴压比下，核心混凝土与外围普通混凝土的力学性能存在明显差异。外围普通混凝土的延性较差，而核心钢管混凝土的延性很好，当体积配箍率较小，外围混凝土压碎退出工作时，钢管的约束作用并未充分得到发挥，致使组合柱的承载力降低。本文采用外包角钢和碳纤维与外包钢复合加固的处理方法对组合柱进行加固，目的是为外围混凝土提供侧向约束，延缓外围混凝土的破坏，从而提高组合柱的承载能力，使材料得到更充分的利用。本文运用大型通用有限元软件ABAQUS对两种加固方式进行模拟，主要完成了以下工作：在原有试验的基础上对外包钢加固组合柱进行有限元分析，考虑了轴压和偏压情况下含外包角钢率以及长细比对极限承载力的影响，得出外包钢加固组合柱的极限承载力随着外包角钢率的提高而提高，随着试件长细比的增加而减小。通过计算得出了各试件的荷载—位移曲线和极限承载力，并将试验值与模拟结果进行对比分析，误差在合理范围内，完成了试验模拟分析的相互印证，说明模型的正确性；同时提取了各构件的荷载—应变曲线，详细阐述了各试件的破坏机理及破坏特征。为了解外包钢加固组合柱的高温性能，本文采用有限元分析软件ABAQUS对外包钢加固混凝土组合柱进行热—力耦合分析，提出各试件的温度云图和时间—位移曲线，并确定了各试件的耐火极限。本文采用碳纤维与外包钢复合加固的方式对叠翠台工程中的组合柱进行加固，运用有限元软件对其进行模拟，综合考虑了含外包钢率和含碳纤维率对轴压以及偏压极限承载力的影响，考虑了偏心距对偏压承载力的影响，结果表明，随着含外包钢率和含碳纤维率的提高，复合加固组合柱的极限承载力显著提高，含外包钢率对极限承载力的影响较大，含碳纤维率则对试件的延性有较大影响。同时，提取了达到屈服极限时各试件的应力云图、荷载—位移曲线，给出轴压下碳纤维与外包钢复合加固混凝土组合柱的极限承载力公式；讨论了复合加固的防火保护方式，并对复合加固组合柱的温度场进行模拟，最后给出最合适的防火保护层厚度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题研究的背景及目的  11-12
  1.2 加固技术研究现状  12-15
    1.2.1 概述  12-13
    1.2.2 纤维复合材料加固混凝土结构研究应用现状  13-14
    1.2.3 外包角钢构架加固混凝土结构研究应用现状  14-15
    1.2.4 碳纤维布和角钢复合加固混凝土结构  15
  1.3 本文研究的主要内容  15-17
第二章有限元分析模型的建立  17-31
  2.1 常温下有限元分析模型的建立  17-24
    2.1.1 非线性有限元分析模型的建立  17-18
    2.1.2 材料本构关系的选择  18-21
    2.1.3 真实应力、真实应变  21
    2.1.4 单元类型选择  21-23
    2.1.5 分析步的设置  23
    2.1.6 单元划分  23
    2.1.7 各部件间的相互作用  23
    2.1.8 施加荷载  23-24
  2.2 高温下有限元分析模型的建立  24-29
    2.2.1 材料的高温特性  24-26
    2.2.2 温度场的理论分析基础  26-29
    2.2.3 截面温度场求解  29
  2.3 本章小结  29-31
第三章外包钢加固混凝土组合柱有限元分析  31-51
  3.1 外包钢加固混凝土组合短柱轴压有限元分析  31-34
    3.1.1 试验概况和材料力学指标的测定  31-32
    3.1.2 有限元结果分析  32-34
  3.2 外包钢加固混凝土组合短柱偏压有限元分析  34-39
    3.2.1 试验概况和材料力学指标的测定  34-37
    3.2.2 有限元结果分析  37-39
  3.3 偏压作用下外包钢加固混凝土组合中长柱有限元分析  39-44
    3.3.1 试验概况和材料力学指标的测定  39-40
    3.3.2 有限元结果分析  40-44
  3.4 外包钢加固混凝土组合柱耐火性能有限元分析  44-49
    3.4.1 有限元模型介绍  44
    3.4.2 温度场的模拟与计算  44-46
    3.4.3 外包钢加固混凝土组合短柱热—力耦合分析  46-49
  3.5 本章小结  49-51
第四章碳纤维与外包钢复合加固混凝土组合柱有限元分析  51-65
  4.1 概述  51
  4.2 碳纤维与外包钢复合加固混凝土组合柱轴压有限元分析  51-55
    4.2.1 试件设计及模型分组  51-52
    4.2.2 有限元分析模型的建立及结果分析  52-55
  4.3 碳纤维与外包钢复合加固混凝土组合柱偏压有限元分析  55-58
    4.3.1 试件设计及模型分组  55-56
    4.3.2 有限元分析模型的建立及结果分析  56-58
  4.4 有防火保护的碳纤维与外包钢复合加固混凝土柱温度场分析  58-63
    4.4.1 CFRP 加固混凝土构件的防火保护方法  59
    4.4.2 ABAQUS 有限元模型建立与计算  59-60
    4.4.3 碳纤维与外包钢复合加固混凝土组合柱温度场结果分析  60-63
  4.5 本章小结  63-65
第五章碳纤维与外包钢复合加固组合柱轴压极限承载力计算  65-75
  5.1 概述  65-66
  5.2 内部钢管混凝土柱极限承载力 NN  66-67
    5.2.1 极限平衡理论  66
    5.2.2 钢管混凝土轴压承载力 Nn  66-67
  5.3 外部复合加固混凝土柱极限承载力 NW  67-71
    5.3.1 碳纤维加固柱  67-69
    5.3.2 外包钢加固混凝土柱强度提高系数φJ  69-71
  5.4 碳纤维与外包钢复合加固混凝土组合柱轴压极限承载力公式  71-73
    5.4.1 极限承载力公式  71-72
    5.4.2 计算实例  72-73
  5.5 本章小结  73-75
第六章结论  75-77
  6.1 结论  75-76
  6.2 展望  76-77
参考文献  77-80
作者简介  80-81
致谢  81-82

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