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FRP约束矩形钢管混凝土柱局部屈曲特性研究

FRP约束矩形钢管混凝土柱局部屈曲特性研究

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作者：岳香华广东工业大学

学位级别：硕士

近年来,纤维增强材料(FRP)在土木建筑结构中得到广泛应用。由于优越的力学性能,FRP约束矩形钢管混凝土柱日益成为结构工程的研究热点之一。FRP约束矩形钢管混凝土柱的局部屈曲性能是FRP约束方形、矩形钢管混凝土柱研究与设计的关键问题... 详细信息

近年来,纤维增强材料(FRP)在土木建筑结构中得到广泛应用。由于优越的力学性能,FRP约束矩形钢管混凝土柱日益成为结构工程的研究热点之一。FRP约束矩形钢管混凝土柱的局部屈曲性能是FRP约束方形、矩形钢管混凝土柱研究与设计的关键问题之一。本文针对FRP约束矩形钢管混凝土柱的局部屈曲模型及局部屈曲性能进行了深入研究,主要研究工作及成果如下:(1)本文基于能量变分法,采用两种截然不同的研究思路,假设加载边为固定约束,非加载边为弹性可转动约束,分别提出了FRP约束矩形钢管混凝土柱的局部屈曲模型,即把外包FRP对矩形钢管混凝土柱的作用视为作用在钢管表面的约束应力,提出了FRP约束矩形钢管混凝土柱的局部屈曲模型,即本文的模型Ⅰ。把外包FRP与钢管视为整体即各向异性复合板,提出了FRP约束矩形钢管混凝土柱的复合板局部屈曲模型,即本文的模型Ⅱ。通过上述模型的计算结果与现有试验数据对比,验证了模型的合理性。(2)利用所提出的FRP约束矩形钢管混凝土柱局部屈曲模型对FRP约束矩形钢管混凝土柱局部屈曲性能进行了研究。研究了钢板宽厚比(b/t)、钢管混凝土的截面的长宽比(D/B)、FRP与钢板的抗拉刚度比(Et/Et)、非加载边弹性约束因子(χ)等参数对FRP约束矩形钢管混凝土柱临界局部屈曲应力的影响。研究表明,随着钢板宽厚比(b/t)的减小或钢管混凝土的截面长宽比(D/B)的增大或FRP与钢板的抗拉刚度比(Et/Et)的增大,FRP约束矩形钢管混凝土柱的临界局部屈曲应力均增大。反之,FRP约束矩形钢管混凝土柱的临界局部屈曲应力减小。另外,非加载边的约束大小,对FRP约束矩形钢管混凝土柱临界局部屈曲应力亦有影响。随着非加载边弹性约束因子(χ)的增大,FRP约束矩形钢管混凝土柱临界局部屈曲应力增大。(3)进一步研究表明,钢板宽厚比(b/t)对FRP约束矩形钢管混凝土柱临界局部屈曲应力的影响最显著,截面长宽比(D/B)的影响次之,FRP与钢板的抗拉刚度比(Et/Et)的影响再次之,弹性约束因子(χ)的影响最小。最后,基于所提出的FRP约束矩形钢管混凝土柱局部屈曲模型,给出了不同类型FRP约束矩形钢管混凝土柱合理的钢板宽厚比限值,供工程设计参考。同时,将FRP布的厚度等效为钢板增加的厚度,给出了FRP约束矩形钢管混凝土柱临界局部屈曲应力的简化计算公式。

关键词： FRP约束矩形钢管混凝土局部屈曲各向异性复合板板弹性稳定板的宽厚比限值

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