CFRP-钢管RPC柱轴压承载力及抗爆性能分析

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恐怖袭击及各种偶然发生的爆炸事故近年来频繁发生,造成了巨大的人员伤亡及经济损失,国内外学者对结构的防爆加固进行了诸多研究,CFRP-钢管RPC柱不仅具有钢管RPC柱耐久性与体积稳定性优异、经济效益显著、避免钢管失稳、改善活性粉末混凝土脆性性能的优点,还具有良好的耐腐性能、耐火性能、抗震性能,目前对于CFRP-钢管RPC柱静力性能与动力性能的研究不多,本文通过理论计算分析和有限元模拟,研究CFRP-钢管RPC柱的轴压承载力计算,分析其在爆炸冲击荷载下的动态响应。主要内容与结论如下:(1)以统一强度理论为基础,充分考虑中间主应力的影响,通过对钢管和RPC进行尺寸效应修正、考虑钢管与RPC之间黏结作用,推导并修正了CFRP-钢管RPC短柱轴压极限承载力计算公式,通过与试验数据对比,验证了公式的正确性,分析了中间主应力系数、混凝土强度提高系数、钢管套箍系数、RPC强度等级、CFRP层数及摩擦系数对构件承载力的影响。(2)基于传统等效单自由度体系,考虑轴力作用,通过简化计算模型及设置边界条件得到了抗力函数表达式及特征参数,得到相关等效单自由度体系,并通过对比发现轴力的存在会使结构的抗爆性能削弱。(3)推导出CFRP-钢管RPC柱的组合刚度和塑性极限弯矩,利用推导的考虑轴力的等效单自由度体系,对CFRP-钢管RPC柱在爆炸荷载下的动力响应进行计算,得到跨中最大位移的计算方法,通过与试验对比验证了理论推导的正确性,研究了CFRP对构件抗爆性能的影响。(4)通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对钢管RPC柱和CFRP-钢管RPC柱建模,模拟其在爆炸荷载下的动态响应。将钢管RPC柱的模拟结果与试验结果对比,退化验证了建模方法的正确性,将CFRP-钢管RPC柱的模拟结果与理论计算结果对比,二者互为验证,分析了CFRP厚度、含钢率、折合距离和轴压比对构件抗爆性能的影响。
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