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《大连理工大学》 2011年
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GFRP套管钢筋混凝土组合结构的研究

关宏波  
【摘要】:GFRP套管钢筋混凝土组合结构是由钢管混凝土结构演变发展而来的。与钢管混凝土结构相比,GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)管具有高强、耐腐等特点。GFRP套管钢筋混凝土结构能够改善混凝土受力性能,从而提高混凝土承载能力,增强其抗震能力,还能有效的抵御恶劣环境对混凝土的侵蚀,提高结构的耐久性,更适合一些特殊环境对结构的要求。近年来已成为国内外学者研究组合结构中的一个热点。 本文针对GFRP套管钢筋混凝土结构的特点,以及目前对该种结构的研究现状和实际存在的问题,围绕GFRP套管钢筋混凝土柱,通过试验与理论相结合的方法,进行了如下几个方面的研究工作: (1)通过极限平衡分析方法,结合混凝土的Ottosen准则和纤维层合结构中Tsai-Wu准则,提出了GFRP套管钢筋混凝土短柱极限承载力的计算方法。然后对GFRP套管钢筋混凝土组合长柱和偏压柱进行了试验研究,并在此基础上通过数据回归,确定了长细比和偏心距变化对承载力的影响,建立了GFRP套管钢筋混凝土长柱及偏压柱的承载力公式,进行了计算值与试验值的比较,吻合程度较好。 (2)对GFRP套管钢筋混凝土柱进行了低周反复荷载试验,通过试验研究了此种组合结构的刚度退化、延性及耗能等抗震性能。分析了混凝土强度、轴压、GFRP管与基础的连接方式等参数对此组合结构抗震性能的影响。试验结果表明:GFRP套管钢筋混凝土柱的抗震性能明显优于同条件下的普通钢筋混凝土柱,但延性和刚度随轴压的增加下降的较快。 (3)在GFRP套管钢筋混凝土柱低周反复荷载试验的基础上,通过试验数据的回归,给出了组合结构骨架曲线的计算方法和滞回规则。建立了GFRP套管钢筋混凝土柱的恢复力模型。用此方法计算的结果(骨架曲线与滞回曲线)与试验结果进行了对比,并分析了计算结果与试验结果存在差异的原因,为后续研究FRP套管钢筋混凝土柱恢复力模型的改进奠定了基础。 (4)在GFRP套管钢筋混凝土组合结构梁柱节点研究方面,选取最常见的平面十字节点为研究对象,对组合结构梁柱节点进行了低周反复荷载抗震性能的试验研究,试验参数考虑了节点配箍情况、轴压比和混凝土强度。通过对试验过程的观察和试验数据的研究,分析了节点破坏过程、破坏形式、刚度与强度退化、延性及耗能等性能。试验结果表明:虽然GFRP套管钢筋混凝土组合结构的梁柱节点与普通钢筋混凝土结构的梁柱节点相比其承载力和抗震性能有很大的提高和改善,但在高轴压下的试件,延性较差。本文在参照钢管混凝土环梁节点构造形式的基础上,提出了GFRP套管钢筋混凝土组合结构环梁节点,试验结果表明:环梁节点能很好的提高组合结构的抗震性能。 (5)在组合结构节点试验研究的基础上,近一步分析了组合结构普通梁柱节点的受力机理、破坏形态;同时对环梁节点的破坏过程及受力也进行了分析,给出了环梁的内力计算模型。
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