FRP-钢管混凝土复合柱轴压承载力计算方法及轴压性能研究

• 作 者: 王强
• 出 处: 北方工业大学
• 发表日期: 2017年01期
• 关键词: FRP-钢管混凝土复合柱 极限承载力 轴压性能 参数分析 四阶段简化模型

FRP-钢管混凝土复合柱是在钢管混凝土柱外表面黏贴FRP(复合纤维塑料)布而形成的新型复合结构。FRP-钢管混凝土复合柱充分利用了钢管及外包的FRP布对其内部核心混凝土的约束作用从而具备了较高的承载力,因此可作为重载柱应用在高层、超高层、大跨度桥梁结构中。此外,由于具备强质比高、耐腐蚀、耐久、施工工艺简单等特点,FRP还可作为加固材料黏贴在已有受损的钢管混凝土柱表面,从而延长钢管混凝土结构的使用寿命。本文深入研究并探讨了两种截面形状的复合短柱的轴压极限承载力计算方法及轴压性能,具体采用的研究手段及完成的工作包括:(1)结合已有的试验现象与分析,采用一系列合理的假设,推导了以侧压力为基本参量的FRP-圆钢管混凝土复合短柱和FRP-方钢管混凝土复合短柱的轴压极限承载力统一计算式,该统一计算式程序简洁、物理意义明确,比现有其他计算式适用性更强。通过将统一式计算结果与各文献共计61组试验数据的对比可知,本文的统一计算式计算结果与试验值吻合较好,可为复合柱设计和理论分析提供可靠依据。(2)在ABAQUS软件中,建立了 FRP-圆钢管混凝土复合短柱和FRP-方钢管混凝土复合短柱的轴压有限元计算模型,对比了模型与相关献中对应试件的极限承载力、轴压全过程荷载-位移曲线及破坏模式,结果表明:文中建立的模型可以模拟出与试验相符的钢管鼓屈变形及FRP的断裂分布情况,同时模型轴压全过程荷载-位移曲线及极限承载力与18组试验结果吻合良好,从而说明本文提出的建模方法可用于评估和分析FRP-钢管混凝土复合短柱的轴压性能。(3)采用上述建模方法,建立了 78组不同参数的复合柱试件,系统地研究了 FRP层数、FRP种类、混凝土强度、钢管屈服强度以及钢管厚度对复合柱轴压性能的影响;其次,选择典型圆柱和方柱试件进行轴压全过程中各组成部分的应力变化规律分析,进一步掌握了两种复合柱轴压性能机理与性能;最后,结合有限元分析及已有的试验成果,提出了轴压圆柱和方柱受力全过程的荷载-位移曲线四阶段简化模型,并阐述了各阶段复合柱的受力机理,可为今后进一步对复合柱结构进行弹塑性分析提供参考。