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SCCC组合柱轴压力学性能研究

作　者: 李竹岩
导　师: 刘永军
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 工程力学
关键词: SCCC组合柱轴压力学性能 CFRP管有限元分析
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 21次
引　用: 1次
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内容摘要

CFRP复合材料是一种新型结构材料，与混凝土和钢材能够相互结合的应用材料，由于其抗拉强度高、耐腐蚀性好等诸多优点在航空航天工程以及建筑工程中被广泛应用。目前，工程中CFRP主要应用在结构的加固方面，CFRP大部分都是裸露在结构的外部。由于FRP材料的抗火能力很差，CFRP材料很难应用于抗火要求高的建筑结构中。本文对圆截面钢管-混凝土-CFRP-混凝土组合柱组合短柱（简称为SCCC组合柱）力学性能进行研究，其组成是由外部的钢管、环形混凝土、CFRP圆管、核心混凝土四部分组成。由于混凝土属于热惰性材料，在高温环境中环形混凝土就能有效保护CFRP圆管并延长耐高温的时间。本文只是从力学方面对构件进行研究，还应该从多个方面对其进行深入研究，才能推动其在工程中更好的发展。本文利用试验和有限元模拟分析两种方法对新型SCCC组合柱的轴压力学性能进行研究。详细介绍了试验的过程、试件的设计、加载方案和测量方法以及有限元采用的单元类型和边界条件等。试验结果表明：由于CFRP圆管对核心混凝土有很好的约束套箍作用，所以随着CFRP圆管直径的增加新型SCCC组合柱的轴向极限承载力也随之增大。有限元的分析结果表明：利用有限元软件ABAQUS计算的结果与试验结果基本上能够吻合。说明只要选取合适的单元类型、破坏准则和边界条件并定义好实际的材料属性，新型SCCC组合柱可以通过有限元软件进行数值模拟。一些无法用试验完成的大型或者超大型构件也可以利用有限元软件进行数值计算。根据试验结果和有限元模拟的结果可以得到，随着CFRP管直径的增加，新型SCCC组合柱的轴心抗压能力也随之增强。本文的研究成果可以为SCCC组合柱在工程中的应用发展及今后对组合柱其他方面性能的研究提供参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 CFRP 纤维增强材料  10-16
    1.1.1 CFRP 的发展趋势  10
    1.1.2 CFRP 的生产方法  10-15
    1.1.3 CFRP 的结构特点  15-16
  1.2 CFRP、钢管、混凝土组合结构  16-18
  1.3 课题研究的目的和意义  18-19
    1.3.1 课题研究的目的  18
    1.3.2 课题研究的意义  18-19
  1.4 本文研究的主要内容及方法  19-20
第二章 SCCC 组合短柱轴压力学性能的试验设计  20-44
  2.1 试验概况  20-22
    2.1.1 试件的设计  20-22
  2.2 试块的制作及材料力学性能  22-30
  2.3 试件的制作  30-36
  2.4 试件的加载装置与加载方案  36-37
  2.5 实验现象  37-43
  2.6 本章小结  43-44
第三章 SCCC 组合短柱轴压力学试验结果分析  44-53
  3.1 试件轴压极限承载力分析  44-45
  3.2 荷载-应变曲线分析  45-48
  3.3 荷载阶段分析  48-49
  3.4 荷载-位移曲线分析  49-50
  3.5 三种材料的协调性能  50-51
  3.6 本章小结  51-53
第四章 SCCC 组合短柱轴压力学性能有限元分析  53-62
  4.1 ABAQUS 简介  53
  4.2 材料的本构关系  53-55
    4.2.1 钢材本构关系  53-54
    4.2.2 混凝土本构关系  54-55
    4.2.3 CFRP 本构关系  55
  4.3 新型 SCCC 组合柱有限元分析  55-56
  4.4 有限元结果分析  56-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章结论  62-64
  5.1 结论  62
  5.2 展望  62-64
参考文献  64-67
作者简介  67-68
致谢  68-69

SCCC组合柱轴压力学性能研究

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