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FRP-混凝土-钢双管柱论文:FRP-混凝土—钢双管柱的设计方法研究

2023-12-04 来源:好走旅游网


FRP-混凝土-钢双管柱论文:FRP-混凝土—钢双管柱的设计方法研究

【中文摘要】FRP复合材料由于其轻质高强、耐腐蚀等一系列特点,近二十年来引起了各国学者的广泛关注。FRP-混凝土-钢双管柱(FRP-Concrete-Steel Double-Skin Tubular Column,简称DSTC)是一种有效利用复合材料特点的新型组合构件形式。本文对DSTC构件正截面受压承载力设计方法进行了深入的研究。首先设计并部分实施DSTC长柱的偏心受压的试验,研究构件偏心距、长细比以及FRP管径厚比对DSTC长柱性能的影响。试验包括了对GFRP管、无缝钢管和自密实混凝土的材料性能试验和对构件的偏压试验。对偏心受压下,DSTC中FRP管、混凝土和钢管的破坏模式进行探讨。接下来结合纤维单元法和数值积分手段对DSTC构件进行了数值分析。分析对约束混凝土采用了可变约束模型,考虑了偏心受压对FRP管约束作用的影响。提出了更加简单的计算方法。与计算软件OpenSees和试验的结果比较显示,分析模型能够准确地分析DSTC构件在不同长细比和偏心距下的性能。然后采用纤维单元法对DSTC短柱正截面承载力的计算进行了探讨。通过对混凝土的受压区高度等效和计算表达式近似等手段对约束混凝土、钢管和FRP管的作用分别进行了简化,得到了可用于计算DSTC短柱正截面承载力的简化设计公式。论文接着修改了长柱分析的计算程序,提出计算DSTC构件临界长细比的方法。通过对影响临界长细比的参数进行分析,利用影响显著的5个参数拟合成

界限长细比的简化计算公式。最后对DSTC长柱正截面受压承载力进行了研究。对FRP用量的经济性提出了建议,采用名义曲率法,经过分析,提出了用于计算DSTC长柱的简化设计公式。上述所有的设计公式都与数值计算的结果进行了比较,显示公式计算的结果准确可靠的。

【英文摘要】Fiber reinforced polymer (FRP) have drawn more and more attention of the researchers in and abroad because of the advantages such as high strength-to-weight ratio and good corrosion resistance. FRP-concrete-steel double-skin tubular column (DSTC) is a new kind of hybrid column which make full use of the features of FRP. This paper has systematically investigated the design method of compression capacity of DSTC.Firstly, Tests of slender DSTC subjected to eccentric load is implemented to study the effect of load eccentricity, slenderness ratio and diameter to thickness ratio of FRP tube on the performance of DSTC. Besides the test of DSTC, the GFRP tube, seamless steel pipe and self-compacting concrete are also tested on the mechanical properties. The failure modes of FRP tube, concrete and steel pipe in DSTC under eccentric compression are also discussed.Next, numerical analysis of DSTC is conducted by the means of fiber element method combined with numerical integration. Variable confinement model of concrete is adopted to take account of impact of the load

eccentricity on the confinement. A more simper analytical method of similar accuracy is proposed. The results of numerical analysis proved to be accurate enough comparing to the tests when analyzing DSTCs of different slenderness ratios and eccentricities.Then fiber element method is carried out on the compression capacity of short DSTC. The stress profile of confined concrete is simplified using an equivalent stress block, and the approximate expressions of steel tube and FRP tube are derived. Design equations for short DSTC are presented in the end of chapter.And then the computer program of slender DSTC is modified to calculate the slenderness limit for short DSTC. Parametric analysis is carried out on the parameters which may associate with that value, and five of them are absorbed into the simplified formula to calculate the slenderness limit.Finally, the compression capacity of slender DSTC is studied in detail. The economical dosage of FRP is recommended firstly and simplified equations for slender DSTC are proposed by means of nominal curvature method. All of the above design equations are shown to be accurate and reliable.

【关键词】FRP-混凝土-钢双管柱 纤维单元法 数值积分 短柱 长柱 界限长细比

【英文关键词】FRP-concrete-steel double-skin tubular

column fiber element method numerical integration short DSTC slender DSTC slenderness limit

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【目录】FRP-混凝土—钢双管柱的设计方法研究致谢4-5摘要5-612-27

Abstract6-7

符号说明10-12

第1章 绪论

1.1.2 DSTC

1.1 课题背景12-251.1.1 概述12-13

相关的理论和试验研究13-2424-25

1.1.3 其他相关研究及其方法

1.3 本文主要内容25-27

2.1 概述27

1.2 课题的研究目的25

2章 DSTC长柱的偏心受压试验研究27-39究目的和试件设计27-32管材料性能试验32

2.2 研

2.3 材料性能试验32-352.3.1 FRP

2.3.3

2.3.2 无缝钢管材料性能试验32-34

自密实混凝土材料性能试验34-3535-37

2.4.1 试件装置35-36

2.4 试件装置和测点布置2.4.2 测点布置36-37

2.5

试件加载和试验现象37-38象3839-53

2.6 本章小结38-393.1 概述39-40

2.5.1 试验加载382.5.2 试验现

第3章 DSTC的数值分析方法

3.2.1 截面分3.3 构件分析

3.2 截面分析40-44

析的有关假定4044-5245-48

3.2.2 有关曲线的计算40-44

3.3.1 计算模型44-453.3.3 算例48-52

3.3.2 数值积分的实现

第4章 DSTC

3.4 本章小结52-53

短柱的设计方法53-6753-63

4.1 概述534.2 DSTC短柱的设计公式4.2.2 设计公式推导与4.4 本章小结

5.1 概述

4.2.1 混凝土作用的简化53-58

4.3 计算公式精度验证63-66

简化58-6366-6767-6868-8069-8081-8282

第5章 DSTC构件的临界长细比67-825.2 临界长细比的定义68

5.3 参数分析

5.3.2 参数取值和分析5.5 本章小结

6.1 概述

5.3.1 参数分析的方法68-695.4 临界长细比设计公式80-81

第6章 DSTC长柱的设计方法82-105

6.2 简化计算模型82-866.3 FRP用量的上限值

6.4.1 一般长柱的设计

6.5 计算公式精

86-926.4 DSTC长柱的设计公式92-97

方法92-946.4.2 设计公式推导与简化94-976.6 本章小结100-105

度验证97-100105-108108-113

第7章 结论与展望

参考文献

7.1 结论105-106作者简历113

7.2 展望106-108

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