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圆CFRP-钢管混凝土的压—扭静力性能研究

作　者: 吴军
导　师: 王庆利
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 结构工程
关键词: 圆CFRP-钢管混凝土的压-扭静力性能实验研究有限元分析破坏模态
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

复合材料的研究是近来比较受人关注的一个研究方向，其中又以碳纤维和玻璃纤维为代表。碳纤维具有强度高、轻质、抗拉伸等特点，被广泛应用于加固和火灾后修复等领域里面。综合钢管混凝土和碳纤维的优点，将碳纤维粘贴在钢管外表面形成碳纤维约束钢管混凝土，将在一定程度上提高钢管混凝土的承载力。圆截面构件因为具有较好的受力性能，所以在实际中被研究得更为透彻一些。方截面构件因其截面特性也将在现代工程届占据一席之地，所以近来对它的研究也在逐步展开。碳纤维增强圆钢管混凝土的轴压、受弯、压弯等性能的研究已经有了一定的基础，但其受扭、受剪性能的研究尚未完全展开，而钢管混凝土的受扭、受剪性能是钢管混凝土性能不可或缺的部分，所以这部分的研究很有必要。本论文在圆CFRP-钢管混凝土的压-扭静力性能实验研究的基础上进一步研究了钢管混凝土受扭情况下的复合受力性能，通过试验数据的分析，以及利用有限元分析软件ABAQUS的帮助，得到关于圆CFRP-钢管混凝土压-受扭复合受力情况下的重要结论。本论文的研究工作主要体现在以下几个部分：1.系统阐述钢管混凝土和碳纤维的优点，分析碳纤维约束钢管混凝土产生和兴起的前提条件，并对国内外这方面的研究做了一些简单的概括。2．进行了8根圆CFRP-钢管混凝土的压-扭静力性能试验研究。考虑的主要参数：（1）轴压比（n）；（2）纵向碳纤维层数从（mθ）；（3）环向碳纤维层数（ml）；（4）混凝土强度（fcu）。.3.利用有限元分析软件ABAQUS对试验全过程进行了模拟，得到了试件的荷载-位移曲线，与试验曲线对比较为接近，且模拟的试件破坏模态较试验也基本契合，证明此模型的正确性。利用此模型继续分析试件的其它性能，诸如钢管对混凝土的约束力，核心混凝土应力-应变曲线的变化规律等，以此揭示钢管混凝土的压-扭复合受力的工作机理。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-12
第一章绪论  12-20
  1.1 引言  12-13
  1.2 课题背景  13
  1.3 课题研究的意义  13-17
    1.3.1 钢管混凝土  13-16
    1.3.2 圆CFRP-钢管混凝土的特点  16-17
  1.4 本论文的目的和主要内容  17-18
    1.4.1 研究的目的  17-18
    1.4.2 研究的主要内容  18
  1.5 论文组成  18
  1.6 本章小结  18-20
第二章压-扭构件静力力学性能研究  20-56
  2.1 引言  20
  2.2 压-扭构件试验研究  20-31
    2.2.1 试件设计  20-22
      2.2.1.1 参数变化设计原因  20-22
      2.2.1.2 试件概况  22
    2.2.2 试件制作  22-28
      2.2.2.1 试件材料  22-26
      2.2.2.2 制作工艺  26-28
    2.2.3 加载设备和测量方法  28-30
      2.2.3.1 试验加载装置  28-29
      2.2.3.2 试验的量测方法  29-30
    2.2.4 加载制度  30-31
  2.3 试验现象及破坏特征  31-33
    2.3.1 试验现象  31-32
    2.3.2 试验破坏特征  32-33
    2.3.3 主要测试内容  33
  2.4 压-扭构件试验结果与分析  33-54
    2.4.1 扭矩-转角关系曲线  34-35
    2.4.2 剪应力-剪应变关系曲线  35-36
    2.4.3 参数变化对圆CFRP-钢管混凝土的压-扭实验的影响  36-39
      2.4.3.1 轴压比对圆CFRP-钢管混凝土的压-扭实验的影响  37
      2.4.3.2 混凝土强度对圆CFRP-钢管混凝土的压-扭实验的影响  37-38
      2.4.3.3 环向CFRP层数对圆CFRP-钢管混凝土的压-扭实验的影响  38
      2.4.3.4 纵向CFRP层数对圆CFRP-钢管混凝土的压-扭实验的影响  38-39
    2.4.4 压-扭构件的扭矩（T）-应变（ε）曲线  39-43
      2.4.4.1 扭矩-环向CFRP应变曲线  39-42
      2.4.4.2 扭矩-纵向CFRP纵向应变曲线  42-43
    2.4.5 钢管与CFRP筒的协同工作  43-50
      2.4.5.1 钢管与CFRP筒的纵向应变协同工作  43-45
      2.4.5.2 钢管与CFRP筒的环向应变协同工作  45-48
      2.4.5.3 钢管与CFRP层的45°方向应变协同工作  48-50
    2.4.6 压-扭构件的平截面假定  50-54
      2.4.6.1 试件钢管上各点扭矩-纵向应变关系曲线  50-51
      2.4.6.2 试件钢管上各点扭矩-环向应变关系曲线  51-52
      2.4.6.3 试件钢管上各点扭矩-45°方向应变关系曲线  52-54
  2.5 本章小结  54-56
第三章圆CFRP-钢管混凝土的压-扭实验有限元分析  56-72
  3.1 引言  56
  3.2 材料的本构关系模型  56-60
    3.2.1 混凝土应力-应变关系模型  56-58
    3.2.2 钢材应力-应变关系  58-59
    3.2.3 CFRP层应力-应变关系模型  59-60
  3.3 有限元计算模型  60-64
    3.3.1 单元选取  60-61
    3.3.2 网格化分  61
    3.3.3 界面模型  61-62
      3.3.3.1 钢管与混凝土  61-62
      3.3.3.2 CFRP与钢管、钢管与端板  62
      3.3.3.3 端板与混凝土  62
    3.3.4 边界条件  62-63
    3.3.5 非线性方程的求解  63-64
  3.4 计算结果与实验结果的对比  64-70
    3.4.1 扭矩与转角模拟曲线对比  64-65
    3.4.2 扭矩与某点应变模拟曲线对比  65-70
      3.4.2.1 扭矩与环向CFRP上某点的纵向应变、环向应变及45°方向应变实验与模拟曲线对比  65-67
      3.4.2.2 扭矩与纵向CFRP上某点纵向应变模拟曲线对比  67-69
      3.4.2.3 扭矩与钢管上某点纵向应变、环向应变及45°方向应变的实验与模拟曲线对比  69-70
  3.5 破坏状态  70-72
第四章结论  72-76
  4.1 结论  72-73
  4.2 展望  73-76
参考文献  76-78
作者简介  78
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  78-80
致谢  80-81

圆CFRP-钢管混凝土的压—扭静力性能研究

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