CFRP加固RC柱受车辆侧向撞击影响的参数研究

来源 :长安大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hu_20092009
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外贴碳纤维增强复合材料(CFRP)环向围束方法已被广泛用于钢筋混凝土(RC)柱的加固,但是位于底层建筑、停车场及桥墩的CFRP加固柱容易受到类如车辆荷载这样的侧向撞击作用,可能会对钢筋混凝土柱外贴的碳纤维布造成较大损伤,甚至导致结构倒塌的严重后果,而现行设计标准并未考虑这一安全隐患,同时未知未彻底破坏CFRP加固柱的剩余承载能力是否仍能满足结构承载需求。因此,本文采用仿真分析方法建立可考虑材料非线性和接触非线性的CFRP环向围束加固RC圆柱-撞锤系统有限元模型,准确模拟了加固柱受到车辆低速撞击时的瞬态动力学过程,并考虑了不同参数对加固柱受冲击力学行为以及撞击后未彻底破坏加固柱剩余承载力的影响,为进一步提高加固柱的抗冲击性能设计提供了量化的依据。本文主要研究内容为:首先完成对CFRP加固混凝土柱的动载冲击以及静载轴压试验,并通过LS-DYNA显式有限元模型模拟了CFRP加固混凝土柱全冲击过程中的力学行为。进而利用ANSYS隐式有限元模型模拟撞击受损柱的轴压试验过程。两阶段有限元计算结果与试验结果吻合较好,验证了本文有限元仿真模型的准确性。随后,通过CFRP加固钢筋混凝土柱-撞锤系统有限元显式模型研究车辆撞击过程中CFRP加固RC圆柱的力学行为,并对包括撞击速度、CFRP加固层数、车辆质量、轴压比、撞击偏心距、混凝土强度和撞击高度在内的7个参数的影响效果进行了系统性的分析。研究发现:对于CFRP加固柱受车辆撞击后的动态响应和损伤程度,撞击速度、混凝土强度、CFRP加固层数以及撞击偏心距影响显著;在本文研究的范围内轴压比影响较小;而撞击高度无明显影响;当撞击初始动能相同时,试件动态响应对撞击质量的变化更为敏感,试件损伤程度对撞击速度的变化更为敏感。最后,以显式-隐式连续求解方法为桥梁,通过撞击受损CFRP加固钢筋混凝土柱的有限元隐式模型进一步地研究车辆撞击后受损柱的剩余轴压承载力情况。并对上述7个参数的影响效果进行量化分析与对比。研究发现:随着撞击损伤的增大,试件的剩余承载力下降;对于CFRP加固柱受车辆撞击后的剩余承载能力,撞击速度、CFRP加固层数、混凝土强度以及轴压比影响显著;撞击偏心距影响较小;而撞击高度无明显影响;当撞击初始动能相同时,撞击质量增加后受损柱的承载能力相对较高,延性相对较好。
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