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很多房屋、桥梁、隧道等建筑物,由于材料老化、荷载增加、结构部分损坏、周围环境腐蚀、使用功能改变、设计与施工缺陷以及地震、战争等原因,均会导致原有结构的承载力满足不了要求。为此,对于已建结构,需进行加固和修复;而对于拟建或待建结构,需考虑新材料和新技术的应用。FRP混凝土圆形管柱正是基于这个概念产生的,它可以用在新建结构当中。
到目前为止,大多数试验研究都是基于GFRP混凝土圆形管短柱的基础上进行的,而对于长柱的研究很少。本文通过对GFRP混凝土圆形管长柱的试验研究,深入地了解GFRP混凝土圆形管长柱在轴心受压时的工作性能和破坏形态,从而为其在桥梁工程中的应用提供了一定的依据;另外,本次试验采用的GFRP材料是国产的,试验数据表明,国产的GFRP材料在试验过程中表现良好,可以应用于工程实践中。本文的工作和成果如下:
(1)对GFRP和约束混凝土的材料性能进行了研究,着重介绍了GFRP缠绕管的层合理论设计法及失效准则,然后对混凝土在三向受压下的主要力学性能及本构关系进行了系统介绍。
(2)通过试验研究了GFRP混凝土圆形管长柱轴心受压的荷载-应变关系曲线和破坏形态,分析了GFRP管的厚度变化对管柱的整体承载力及变形性能的影响;
(3)介绍了极限平衡理论在GFRP混凝土圆形管柱承载力分析中的运用,提出了GFRP管应服从线应变强度准则的假设,通过编制程序计算了GFRP混凝土圆形管柱在不同套箍系数下承载力的变化,并与试验结果进行了对比;
(4)对GFRP混凝土圆形管柱的抗震性能进行了综述,首先介绍了钢筋混凝土桥墩在地震作用下的典型破坏模式及采用GFRP混凝土圆形管柱的必要性,然后通过介绍已有的一些试验研究成果,验证了GFRP混凝土圆形管柱在地震作用具有良好的工作性能,然后介绍了一整套设计方法,根据这些设计建议,可以计算出所需的GFRP管的厚度,最后提出了GFRP混凝土圆形管柱的四种极限状态划分方法。
(5)最后,本文在结论中对GFRP混凝土圆形管柱的后屈曲工作机理进行了描述,提出在研究中结构应该遵循“物尽其用”的原则。希望其他研究者在研究中能够对GFRP混凝土圆形管柱的后屈曲破坏模态进行观测和验证。