FRP-鋼管混凝土結(jié)構(gòu)靜動力學(xué)性能研究.pdf

1、FRP(Fiber Reinforced Polymor)-鋼管混凝土是將FRP以特定方式粘貼于鋼管表面，制成FRP-鋼復(fù)合管，并在管內(nèi)灌注混凝土所形成的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)。外部FRP為鋼管和核心混凝土提供有效約束的同時，也為鋼管提供了良好的防腐保護(hù)，而鋼管的存在則保證了復(fù)合結(jié)構(gòu)的剛度與延性。與傳統(tǒng)鋼管混凝土或FRP套管混凝土相比，F(xiàn)RP-鋼管混凝土是一種更為理想的組合結(jié)構(gòu)柱。本文在現(xiàn)有研究工作基礎(chǔ)上應(yīng)用理論分析和實驗測試方法對FRP-鋼管混

2、凝土結(jié)構(gòu)的幾種典型靜、動力學(xué)特征開展進(jìn)一步的研究，內(nèi)容如下:
　　1.建立FRP-鋼管混凝土軸壓受力變形全過程理論分析模型。針對FRP加固普通鋼管混凝土和FRP約束薄壁鋼管混凝土兩種不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以Mises屈服準(zhǔn)則和彈塑性增量理論以及約束混凝土Mander本構(gòu)關(guān)系為基礎(chǔ)，推導(dǎo)不同變形階段整體結(jié)構(gòu)及各組分材料的典型應(yīng)力狀態(tài)表達(dá)式，建立正確描述構(gòu)件受力變形全過程的曲線方程。將本文理論結(jié)果與多項試驗研究成果比較，以驗證其正確性。應(yīng)用本

3、文方法對FRP-鋼管混凝土結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行參數(shù)分析，總結(jié)了FRP約束效應(yīng)、截面含鋼率、混凝土強(qiáng)度、鋼材屈服強(qiáng)度等指標(biāo)對構(gòu)件整體力學(xué)性能的影響。
　　2.提出FRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件軸力-彎矩相關(guān)關(guān)系計算公式。基于纖維模型原理對FRP-鋼管混凝土壓彎性能開展研究。針對實際工程中柱體受偏壓荷載的情況，參考普通鋼管混凝土的設(shè)計方法，建立了FRP-鋼管混凝土軸壓-彎矩設(shè)計計算公式，考慮了不同形式的FPR-鋼復(fù)合管對核心混凝土約束程度的影響、

4、荷載偏心率對核心混凝土本構(gòu)的影響以及柱體長徑比對整體構(gòu)件軸壓承載力的影響等。通過與數(shù)值計算結(jié)果以及FRP-鋼管混凝土壓彎試驗結(jié)果對比，驗證了計算公式的正確性。
　　3.FRP-普通鋼管混凝土擬靜力試驗研究。對七個尺寸相同而加固方式不同的圓形截面FRP-普通鋼管混凝土試件進(jìn)行了擬靜力試驗研究，采用軸壓+豎向往復(fù)荷載組合來模擬地震動力，通過對各試件承載力、延性、剛度退化以及耗能等相關(guān)指標(biāo)的分析，研究低周循環(huán)往復(fù)荷載作用下FRP-普通鋼

5、管混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能以及FRP的種類與設(shè)置方式對試件的動力學(xué)性能的影響。試驗結(jié)果顯示，與CFRP相比，縱向GFRP加固對柱體承載能力提高效果較弱，但其對構(gòu)件延性、耗能性能的削弱較小。應(yīng)用有限元方法對FRP-鋼管混凝土進(jìn)行數(shù)值分析，研究了FRP加固層數(shù)、軸壓比以及截面含鋼率等因素對柱體滯回性能的影響。
　　4.FRP-薄壁鋼管混凝土擬靜力試驗及理論研究。對十一根尺寸相同的FRP-薄壁鋼管混凝土構(gòu)件開展了擬靜力試驗，研究FRP對薄壁

6、鋼管混凝土的增強(qiáng)效果。試驗發(fā)現(xiàn)在往復(fù)荷載作用下鋼管的局部屈曲是造成柱體強(qiáng)度退化的主要原因，環(huán)向CFRP對柱體抗震性能提高效果更顯著。相比于其他加固方式，雙向GFRP加固可綜合提高構(gòu)件的承載力、延性及耗能性能，是一種理想的加固方式。提出了考慮局部屈曲的鋼管本構(gòu)模型并建立相應(yīng)的恢復(fù)力準(zhǔn)則，在此基礎(chǔ)上采用纖維模型法原理建立FRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件滯回模型，分析了核心混凝土、鋼管及FRP對整體構(gòu)件累積耗能的貢獻(xiàn)情況。
　　5.GFRP加

7、固腐蝕損傷鋼管混凝土擬靜力試驗研究。研究了海洋環(huán)境下FRP對鋼材的防腐效果。以此為基礎(chǔ)對普通鋼管混凝土按照不同方式進(jìn)行電流加速腐蝕，對腐蝕損傷的鋼管混凝土以及利用GFRP按照不同方式進(jìn)行了修復(fù)的損傷鋼管混凝土開展擬靜力試驗，以研究GFRP加固腐蝕損傷鋼管混凝土的抗震性能，評估GFRP的加固效果。試驗發(fā)現(xiàn)GFRP可對海洋環(huán)境下的鋼材形成良好的防腐保護(hù)。鋼管混凝土滯回性能的退化程度與腐蝕損傷形式相關(guān)，采用GFRP經(jīng)合理方式加固后部分試件承載