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多种外包方式下受压混凝土柱的三维细观数值模拟研究

何祖钧  
【摘要】: 与素混凝土柱相比,受到管体约束的混凝土柱利用筒体与混凝土之间的相互作用,使管内混凝土处于三向受力状态,充分发挥两种材料的优点,使承载力和延性得以提高,从而节约水泥,减小构件截面尺寸,减轻结构自重,因此具有很高的工程应用价值。在实际中应用最多的筒体材料是钢材和FRP(Fiber ReinforcedPolymer,纤维增强聚合体),并形成了钢管混凝土结构和FRP筒内填混凝土结构。目前,受管体约束混凝土柱的研究主要集中在试验方面。鉴于混凝土是一种非线性复合材料,其整体破坏与其内部各相材料破坏的开展有着密切的联系,研究其内部的细观力学性能有助于我们深入研究不同约束情况下混凝土内部的细观力学性能与其承载力之间的关系。本文通过三维非线性细观数值模拟的方法,对多种外包方式下的受压混凝土柱进行参数化研究。 本文从细观力学的角度出发,将管柱内部混凝土看作由骨料、砂浆骨料过渡层、砂浆组成的三相复合材料,利用蒙特卡罗法编写骨料随机投放程序确定骨料在试件中的随机位置,并考虑各相材料的弹塑性本构模型,建立了构件的三维非线性细观分析模型。通过对不同弹性模量管材(如PE、HDPE、PVC、钢材等)包裹、不同弹性模量的管材包裹下再外包GFRP纤维布、PVC管材包裹下再外包不同层数GFRP纤维布等三大类情况下受压混凝土柱的内部细观力学性能进行参数化分析,探讨了多种外包方式下受压混凝土柱破坏的开展与其内部各种材料(如骨料、过渡层、砂浆等)及外部包裹材料的细观受力状况的关系。


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