【摘 要】
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GFRP（玻璃纤维增强复合材料）管约束十字钢骨混凝土方柱是以GFRP管为模具,内置十字型钢骨,并填充混凝土而形成的新型组合柱。外部FRP（纤维增强复合材料）管具有良好的耐腐蚀性能,使组合柱可应用于腐蚀及特殊不利环境中,同时FRP管可对混凝土提供有效侧向约束,提高了内部混凝土的强度和延性;内置十字形钢骨可作为纵向受力钢筋且方便与其他构件连接形成结构,同时也可对核心区混凝土提供一定的约束作用。故该新型
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“FRP管约束十字形钢骨混凝土柱的力学性能与设计方法”（项目编号:51878224）； 中国地震局工程力学研究所基本科研业务费专项资助项目“GFRP管约束十字形钢骨混凝土新型组合柱抗震性能”（项目编号:2021D21）；
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GFRP（玻璃纤维增强复合材料）管约束十字钢骨混凝土方柱是以GFRP管为模具,内置十字型钢骨,并填充混凝土而形成的新型组合柱。外部FRP（纤维增强复合材料）管具有良好的耐腐蚀性能,使组合柱可应用于腐蚀及特殊不利环境中,同时FRP管可对混凝土提供有效侧向约束,提高了内部混凝土的强度和延性;内置十字形钢骨可作为纵向受力钢筋且方便与其他构件连接形成结构,同时也可对核心区混凝土提供一定的约束作用。故该新型组合柱同时具有FRP约束混凝土柱和钢骨混凝土柱的优点。目前,课题组对该新型组合柱的受力性能和抗震性能进行了一系列研究,验证了其优良的力学性能和抗震性能。为进一步推广该新型组合柱在土木工程中的应用,本文将在课题组前期对组合柱静力性能研究的基础上,对其轴向冲击性能开展进一步研究,为组合柱在极端荷载下的受力性能设计和评估提供理论依据和技术支持。本文的主要研究内容如下:（1）基于ABAQUS有限元软件,采用三维实体单元模拟混凝土和十字形钢骨,壳单元模拟FRP管,并考虑材料在动力荷载作用下的应变率效应,建立了GFRP管约束十字形钢骨混凝土组合方柱的精细化有限元模型,实现了组合柱在轴向冲击荷载作用下的数值模拟分析;对已有钢管混凝土柱、FRP约束素混凝土柱和FRP约束钢管柱的轴向冲击荷载试验进行仿真分析,数值模拟分析得到的冲击力时程和位移时程曲线均与试验结果整体吻合较好,验证了本文针对组合柱建模方法的正确性和分析结果的精确性。（2）进行了GFRP管约束十字形钢骨混凝土组合柱轴向冲击性能的参数影响分析,考察了冲击质量、冲击速度、FRP管厚度和混凝土强度等参数对组合柱冲击力时程、位移时程曲线等轴向冲击响应的影响规律;分析表明,冲击能量是影响组合柱轴向冲击性能的主要影响因素,冲击力峰值和冲击位移均随冲击能量的增加而增大;冲击能量相同时,组合柱的最大冲击位移相当,在质量小速度快的冲击工况下,组合柱的冲击力相应由于应变率的影响稍有增大,质量大速度慢的冲击工况下,组合柱的冲击塑性残余位移增加且冲击持时较长;混凝土强度和GFRP管厚度对组合柱的轴向冲击性能影响相对较小,随着混凝土强度的增加,最大冲击力稍有增加,随FRP管厚度的增加,组合柱的轴向冲击变形能力增加。（3）基于数值模拟分析结果,将组合柱的冲击力时程根据损伤程度分为弹性、弹塑性和冲击破坏三种典型形式,提出了将组合柱开始出现冲击塑性残余位移和FRP管断裂时的整体位移作为弹性极限和弹塑性极限的界定标准,建立了整体冲击位移与冲击能量的关系表达式,提出了最大冲击承载力和总冲击持时的计算模型,给出了组合柱在弹性和弹塑性冲击状态下的冲击荷载时程曲线模型,提出了组合柱基于冲击变形的损伤指标和损伤等级划分,建议了基于损伤指标的组合柱抗轴向冲击设计流程。
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