两端固支的GFRP管—钢骨混凝土构件抗冲击性能研究

来源 :沈阳建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:axun2010
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纤维增强复合材料(FRP)具有轻质、高强、耐腐蚀性强等特点,使其在土木工程中得到了广泛的应用。GFRP管-钢骨混凝土组合构件作为一种新型的组合构件形式,具有承载力高、耐腐蚀、抗震性能优越等特点,目前对其研究主要集中在轴压性能、偏压性能、抗弯性能和滞回性能等方面,缺乏对其抗冲击性能的研究。建筑结构在服役过程中既要承受静力荷载作用,还可能遭受车辆撞击等引起的冲击作用。因此,有必要对GFRP管-钢骨混凝土构件在冲击荷载作用下的工作性能进行研究。本文利用有限元软件ABAQUS,对组合构件在侧向冲击荷载作用下的动态响应及影响因素进行分析,主要研究内容和研究结果如下:基于有限元软件ABAQUS,通过合理的选取材料本构关系模型、接触约束关系,并考虑冲击过程中应变率效应对材料力学性能的影响,对既有试验中的相关构件进行了数值模拟,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,建立了GFRP管-钢骨混凝土构件在冲击荷载作用下的精细化数值模型。基于数值计算结果,分析了构件在冲击荷载作用下的破坏模态,构件发生弯曲破坏;并对构件的工作机理进行了深入分析,包括构件受力状态、截面内力分布、各材料间相互作用、应力发展、截面内力分布、能量耗散等。研究结果表明:冲击过程可分为峰值段、下降段、平台段以及卸载段,构件的耗能主要集中在平台段。以冲击块质量、冲击块速度、混凝土等级、钢材屈服强度、冲击位置、GFRP管厚度、纤维缠绕角度为变换参数,研究各参数对组合构件抗冲击性能的影响。研究结果表明:冲击能量对构件的抗冲击性能影响较大,且同等冲击能量下,高速小质量落锤对构件抗冲击性能影响集中在冲击峰值段,低速大质量落锤对构件抗冲击性能影响集中在冲击平台段;提升GFRP管厚度对构件抗冲击性能的提升效果最好;跨中位置为构件的最不利冲击位置,且改变冲击位置后构件的破坏趋势也随之改变。在参数分析的基础上,给出了GFRP管-钢骨混凝土构件的材料配置合理建议。基于对典型构件在冲击荷载作用下的工作机理分析和参数分析,运用弹塑性模型和刚塑性模型计算了试件侧向冲击动力响应,选取特定工况,按弹塑性模型计算了构件挠度,推导了刚塑性模型下构件荷载和挠度关系式,为构件侧向冲击荷载下变形计算提供理论依据和预测公式;根据GFRP管-钢骨混凝土构件的跨中截面静态极限弯矩公式,引入动力增大系数,考虑影响因素,建立了特定工况下构件跨中截面的动态极限弯矩。
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