低速冲击对CFRP环向围束加固柱的受压性能影响研究

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现代交通工具尤其是汽车,已经成为人们生活中必不可少的一部分。随之而来的现象是交通事故的数量的逐年攀升,汽车撞击结构物导致结构构件受损甚至倒塌的事故时有发生。而柱是建筑物中重要的受力构件,其功能不足或退化将对整个建筑物产生很大影响,严重时会使整个建筑物倒塌。结构在遭受意外冲击荷载作用下的抗冲击能力已经是结构工程师在设计时必须考虑的问题。纤维增强复合材料(CFRP)是一种新兴的高强复合材料,CFRP具有轻质、高强、抗腐蚀和耐疲劳等优点,近年来备受国内外土木工程界的关注并得到迅速发展。纤维加固技术是利用改性环氧树脂类胶结材料将碳纤维片材粘贴于混凝土表面,形成环向围束,从而达到结构补强及改善受力性能的目的。事实上,在众多撞击事件中,RC柱虽然受到一定损伤,但是尚能满足承载要求。因此,研究RC柱抗冲击性能的影响以及进一步分析受冲击后CFRP加固RC柱的受压性能就格外重要。本文主要研究内容就是通过对CFRP环向围束加固柱进行低速冲击的有限元模拟,研究CFRP环向围束加固柱在低速冲击的作用下,其破坏过程以及破坏机理,并且深入探究该受损柱的抗压性能。本文运用大型有限元显式动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,采用分离式的方法建立了CFRP环向围束加固柱的有限元模型。通过显式-隐式顺序求解,在显式动力求解过程中对碳纤维加固柱进行低速冲击的动态模拟仿真,获得了CFRP加固RC柱在冲击过程中的能量曲线、冲击时程曲线。并在隐式求解过程中,提取显式阶段的受损RC柱进行了受压性能的研究分析。分析结果表明,混凝土的变形吸收了大部分冲击动能,CFRP环向围束能有效的降低RC柱的破坏程度。通过对受冲击损伤柱受压破坏的模拟,发现了损伤RC柱的两种破坏形式。结果表明,当冲击动能较小时,FRP加固能够有效的提高损伤RC柱的极限承载力。
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