FRP管混凝土轴压短柱承载力的研究.pdf

The Axial Ultimate Bearing Capacity of FRP Tubed Short Concrete Columns A Dissertation Submitted for the Degree of Master Candidate：Wang Juan Supervisor：Prof. Zhao Junhai Chang’an University, Xi’an, China 摘 要 随着我国建筑结构的发展，FRP(Fiber Reinforced Polymer)纤维增强复合材料的研究 和应用越来越广泛，轻质高强、易于施工等优势使得它不仅可以用来加固现存混凝土结 构，而且FRP 套管和混凝土组成的新型FRP 管混凝土结构还有望在某些特殊领域代替 近年来发展比较迅速的钢管混凝土组合结构。FRP 材料中应用比较广泛的主要有 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)和GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)这两种 复合材料。其中CFRP 的研究相对成熟，而对GFRP 的研究却相对贫乏，提出的构件形 式仅限于 GFRP 管钢筋-钢骨混凝土柱和 FRP-混凝土-钢双壁空心管混凝土柱(简称双壁 空心管柱) ，且缺少相应的理论研究。本文基于双剪统一强度理论，对这两种构件分别 进行了轴压承载力研究，并将理论分析结果与相应文献试验结果相比较，取得了较好的 研究成果。主要包括以下内容。 利用统一强度理论，分析箍筋与GFRP 管对核心混凝土的双重套箍约束作用，将纵 筋对短柱承载力提高的贡献作用等效为混凝土强度的提高，考虑三向受压应力状态下混 凝土和钢骨应力变化，推导出 GFRP 管钢筋-钢骨混凝土轴压短柱的极限承载力计算公 式；在此基础上，通过不设置纵筋和不设置钢骨，得到GFRP 管钢筋混凝土和GFRP 套 管钢骨混凝土两种截面形式短柱的轴压承载力计算公式。考虑外层FRP 套管及内层钢管 对核心混凝土的约束作用，运用厚壁圆筒理论，推导出抗压强度提高后的核心混凝土承 载力，继而得到FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱的极限承载力计算公式。将计算结果与 文献进行对比吻合良好，从而验证了理论公式的正确性和可行性。同时也看出采用统一  t 强度理论，将会使结果更加精确。在此基础上分析了材料拉压比 、套管厚度 、配筋  b t d f 率 、材料强度参数 、钢管厚径比 及混凝土强度 等影响解的因素。 s 2 e c 采用有限元分析软件ANSYS 分别对GFRP 管钢筋-钢骨混凝土短柱和FRP-混凝土- 钢双壁空心管混凝土短柱的荷载-变形关系曲线和应力场进行了数值分析，在假定 FRP 管、混凝土和钢管间均无相对滑移的前提下模拟了两种形式柱的极限承载力，并与试验 结果进行了对比验证，并对影响构件承载力的主要因素进行了分析。 关键词：双剪统一强度理论，FRP 管混凝土柱，极限承载力，数值模拟 本文得到以下项目的资助：国家自然科学基金项目、陕西省自然科学基 金项目(2011JM7002)、高等学校博士学科点专项科研基金项目(20110205130001) 。 I Abstract With the development of the building structure in our country, Fiber reinforced polymer(FRP) is research