GFRP套管钢筋混凝土组合结构的研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究意义及背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外FRP管混凝土组合结构研究进展情况
• 1.2.2 国内FRP管混凝土组合结构研究进展情况
• 1.3 本文主要内容
• 2 GFRP套管钢筋混凝土轴压短柱承载力理论分析
• 2.1 引言
• 2.2 GFRP套管钢筋混凝土轴压短柱承载力理论分析
• 2.2.1 GFRP套管组合结构核心混凝土受力分析和破坏机理
• 2.2.2 约束混凝土强度准则
• 2.2.3 核心混凝土所受侧向压力分析
• 2.2.4 极限平衡法
• 2.2.5 GFRP套管钢筋混凝土短柱轴压承载力计算公式的推导
• 2.3 GFRP套管钢筋混凝土轴压短柱承载力公式的验证
• 2.4 本章小结
• 3 GFRP套管钢筋混凝土轴压长柱及偏压柱力学性能的研究
• 3.1 前言
• 3.2 GFRP套管钢筋混凝土组合柱力学性能的试验研究
• 3.2.1 试件设计
• 3.2.2 材料参数
• 3.2.3 试件的加载装置和试件各测点的布置情况
• 3.2.4 加载方案的确定
• 3.2.5 试验结果与分析
• 3.3 GFRP套管钢筋混凝土轴压长柱及偏心受压柱承载力的计算方法
• 3.3.1 GFRP套管钢筋混凝土柱长细比折减系数
• 3.3.2 GFRP套管钢筋混凝土柱偏心距折减系数
• 3.3.3 GFRP套管钢筋混凝土偏心受压长柱承载力计算公式
• 3.4 本章小结
• 4 GFRP套管钢筋混凝土柱抗震性能的试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验概况
• 4.2.1 试件设计
• 4.2.2 试验所用材料性能
• 4.2.3 试验装置
• 4.2.4 试验的加载制度
• 4.2.5 试验的测量方案
• 4.3 试验过程和试验现象
• 4.3.1 无GFRP管约束的钢筋混凝土柱的破坏过程及形态
• 4.3.2 GFRP套管钢筋混凝土柱在低轴压下的破坏过程及形态
• 4.3.3 GFRP套管钢筋混凝土柱在高轴压下的破坏过程及形态
• 4.4 试验结果的分析
• 4.4.1 滞回曲线的分析
• 4.4.2 刚度退化分析
• 4.4.3 能量耗散分析
• 4.4.4 骨架曲线的分析
• 4.4.5 延性分析
• 4.4.6 承载力分析
• 4.4.7 应变分析
• 4.5 本章小结
• 5 GFRP套管钢筋混凝土柱恢复力模型的研究
• 5.1 引言
• 5.2 典型的恢复力模型
• 5.3 GFRP套管钢筋混凝土柱恢复力模型
• 5.3.1 骨架曲线的确定
• 5.3.2 组合结构恢复力模型中的特定参数
• 5.3.3 本文采用的滞回模型
• 5.4 恢复力模型的验证
• 5.5 本章小结
• 6 GFRP套管钢筋混凝土组合结构梁柱节点抗震性能的试验研究
• 6.1 前言
• 6.2 试验概况
• 6.2.1 试件设计方案
• 6.2.2 试验装置
• 6.2.3 加载方案
• 6.2.4 测量内容和测点布置
• 6.3 试验过程和试验现象
• 6.4 试验结果分析
• 6.4.1 梁端P-△滞回曲线
• 6.4.2 骨架曲线
• 6.4.3 节点延性分析
• 6.4.4 强度退化分析
• 6.4.5 刚度退化分析
• 6.4.6 节点耗能能力
• 6.4.7 钢筋应变分析
• 6.4.8 GFRP管应变分析
• 6.4.9 节点区剪切变形
• 6.5 文章小结
• 7 GFRP套管钢筋混凝土组合结构梁柱节点承载力理论分析
• 7.1 前言
• 7.2 GFRP套管钢筋混凝土组合结构传统梁柱节点承载力理论分析
• 7.2.1 节点受力机理
• 7.2.2 节点剪力的计算
• 7.2.3 节点核心区抗剪承载力的计算方法
• 7.3 GFRP套管钢筋混凝土组合结构环梁节点计算模型
• 7.3.1 GFRP套管钢筋混凝土组合结构环梁节点的受力分析
• 7.3.2 GFRP套管钢筋混凝土组合柱环梁节点计算简化模型
• 7.4 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.2 展望
• 参考文献
• 附录A GFRP套管钢筋混凝土柱极限承载力计算MATLAB程序
• 附录B 恢复力模型中计算骨架曲线MATLAB程序
• 附录C 恢复力模型中计算滞回曲线MATLAB程序
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 作者简介