圆截面钢-CFRP组合长柱弹塑性稳定分析

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CFRP具有抗疲劳、耐腐蚀、抗拉强度高、模量可设计等特性,将其与其他传统结构进行组合优化,往往能够获取更高的性能。目前土木工程领域对CFRP的应用研究主要集中于使用CFRP加固既有结构,对新建CFRP组合结构的研究尚处于起步阶段。本研究聚焦于圆截面钢-CFRP组合长柱的稳定性问题。主要研究内容如下:1.本研究以弹性小变形假定为基础,提出了弹性范围内弹性铰支撑条件下长柱的临界失稳荷载计算方法。建立了弹性范围内考虑杆件初始几何缺陷和初始荷载偏心的挠曲线理论计算公式。在此基础上,本研究进一步讨论了具体荷载水平下的挠曲线影响函数。2.本研究对变刚度长柱的刚度进行简化,提出了两端弹性支撑条件下变刚度长杆临界失稳荷载的近似计算方法。在刚度简化条件下,给出了考虑杆件初始几何缺陷和初始荷载偏心的挠曲线理论计算公式。之后,本研究讨论了影响长柱塑性的因素和长柱失稳过程中的塑性发展。3.基于本研究之前的理论分析,开发了圆截面钢-CFRP组合长柱的稳定分析程序。分别对组合结构弹性和塑性阶段的分析方法进行了设计,提出了可以适用于弹性和塑性分析的分析流程。最后将程序分析结果与试验结果进行了比对,程序分析结果与试验结果拟合程度较好。4.基于自主开发的程序,论文研究了弹簧铰的刚度、初始几何缺陷、初始荷载偏心和残余应力对圆截面钢-CFRP组合长柱稳定性的影响。分析结果显示,这些因素使得组合结构稳定承载力上升了26.8%到下降了13.12%。此外,拟合了不同参数、不同CFRP层数下杆件的稳定承载力公式。公式显示,认为CFRP层数对组合长柱稳定承载力的影响与其他因素对稳定承载力的影响彼此独立是合适的。本研究沿着理论分析,数值分析,程序开发,参数分析的流程展开。通过对稳定理论更进一步的研究,简化数值分析流程,提高数值分析程序的计算效率。该方法可以在较好保证计算准确性的前提下,大幅降低计算所需的时间。本研究提高了杆件稳定性理论分析水平,推动CFRP组合结构由科学研究向实际应用转化。
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