FRP钢管混凝土侧向冲击性能的分析

论文摘要

FRP钢管混凝土柱是由钢管混凝土与其外部按不同形式包裹的FRP片材组合而成的一种复合结构。与传统的钢管混凝土柱相比,FRP钢管混凝土柱在力学与结构性能上具有更多的优点,它能够提高钢管对混凝土的紧箍力和钢管的抗屈曲能力,同时降低了材料成本,尤其是它的承载力强和韧性好,更奠定了它广泛的应用前景。冲击性能是目前在国内外工程领域经常遇到并重点研究的问题之一。冲击是一种复杂的动态响应问题,游憩是对FRP钢管混凝土柱复合结构进行冲击性能的分析与量测一直是难点问题。因此对FRP钢管混凝土柱冲击性能研究具有重要的理论和工程意义。本文首先对FRP钢管混凝土柱冲击性能所研究背景进行了介绍。然后通过对冲击动力学一般分析方法的阐述,系统的归纳了冲击动力学的理论知识。采用大型有限元软件ABAQUS的Explicit求解器,以侧向冲击CFRP和GFRP钢管混凝土柱为分析对象建立有限元模型,通过对FRP种类、层数、包裹形式以及钢管的厚度等不同的冲击力工况进行模拟,得出不同因素对FRP钢管混凝土柱抗冲击性能的影响。为了验证本文研究方法和模拟策略的正确性,将素钢管混凝土试件的模拟结果与实验数据进行了比较,表明了FRP的应用可以有效地改善钢管混凝土的抗冲击性能,其中CFRP的加固效果尤为显著。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 钢管混凝土柱动力性能的研究现状
• 1.2.2 FRP钢管混凝土的研究现状
• 1.2.3 冲击动力学的研究现状
• 1.3 本文研究思路和内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 冲击问题的基础理论
• 2.1 冲击问题概述
• 2.1.1 冲击的概念
• 2.1.2 冲击问题基本方程
• 2.1.3 冲击问题分析方法
• 2.2 ABAQUS/Explicit概述
• 2.2.1 ABAQUS/Explicit与ABAQUS/Standard的比较
• 2.2.2 ABAQUS/Explicit显式动力分析算法
• 2.3 本章小结
• 第3章 钢管混凝土柱冲击问题数值模拟与实验对比
• 3.1 太原理工钢管混凝土柱冲击实验介绍
• 3.2 本文模拟结果与冲击实验的对比
• 3.3 本章小结
• 第4章 FRP钢管混凝土柱冲击的数值分析
• 4.1 ABAQUS有限元软件简介
• 4.2 FRP钢管混凝土柱冲击有限元模型简介
• 4.2.1 建立几何模型
• 4.2.2 定义材料属性
• 4.2.3 网格划分
• 4.2.4 定义接触面
• 4.3 FRP对FRP钢管混凝土冲击性能的影响
• 4.3.1 FRP厚度对钢管混凝土柱冲击性能的影响
• 4.3.2 FRP种类对钢管混凝土柱冲击性能的影响
• 4.3.3 FRP包裹形式对钢管混凝土柱冲击性能的影响
• 4.4 钢管厚度对CFRP钢管混凝土柱冲击性能的影响
• 4.5 冲击能量不同对CFRP钢管混凝土柱冲击性能的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历