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圆（方）钢管混凝土与FRP板组合梁的受力性能研究

作　者: 李杰
导　师: 王连广
学　校: 东北大学
专　业: 结构工程
关键词: 圆(方)钢管混凝土 FRP板组合梁受力性能滑移变形非线性全过程分析
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)具有抗腐蚀、抗疲劳、强度高、重量轻、非电磁性、性能可设计及易工业化施工等优点,然而,FRP单独作为一种结构材料使用,却存在初次投入大、刚度低、破坏为脆性、易发生失稳等缺点。为了充分发挥FRP的优点和避免其缺点,将FRP材料和其它一种或多种传统结构材料,通过一定的方式组合起来形成FRP组合结构被认为是一种最有效的组合形式。混凝土和钢材同时与FRP材料组合应用,不仅可以发挥混凝土较强的抗压性能和钢材优良的延性性能,而且可以改善FRP材料破坏为脆性的性质,同时又能有效地提高构件的承载力。目前,国外对FRP与混凝土、钢材的组合形式研究较少,而在我国则更是空白。基于此,本文就一种新型FRP组合结构形式,即圆(方)钢管混凝土与FRP板组合梁的受力性能进行了研究。本文采用理论分析与数值计算相结合的方法较为系统地建立了适用于圆(方)钢管混凝土与FRP板组合梁受力性能的理论计算体系,具体工作有：根据中和轴所在位置的不同,详细分析了简支组合梁、连续组合梁在不同受力阶段各截面的应力变化情况,建立了其弹性抗弯承载力和极限抗弯承载力的计算公式；通过推导圆(方)钢管混凝土与FRP板之间的交接面滑移微分方程,建立了三种不同荷载作用下组合梁界面滑移沿梁长的计算公式,并通过算例进行影响滑移性能主要因素的分析；利用能量法,通过变分理论建立了组合梁轴向力沿梁长的计算公式,进而得到了组合梁变形沿梁长的计算公式及组合梁跨中的变形,并通过算例进行了影响变形性能的主要参数分析。利用合成法,对方钢管混凝土与FRP板组合梁进行非线性全过程分析,得出组合梁的弯矩—曲率和荷载—位移关系曲线,并通过算例进行了主要影响参数对弯矩—曲率关系曲线的分析。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第1章绪论  12-22
  1.1 引言  12-13
  1.2 FRP基本特征  13-14
  1.3 钢管混凝土结构简介  14-15
  1.4 FRP—混凝土组合形式及研究应用现状  15-20
    1.4.1 FRP筋混凝土组合结构  15-16
    1.4.2 FRP格栅组合结构  16
    1.4.3 FRP板混凝土组合结构  16-17
    1.4.4 FRP型材—混凝土组合结构  17-20
  1.5 本文研究意义、目的  20-21
  1.6 本文研究内容  21-22
第2章圆钢管混凝土与FRP板简支组合梁的受力性能  22-42
  2.1 截面几何特征  22-26
    2.1.1 中和抽位于FRP板内  23-25
    2.1.2 中和轴位于钢管混凝土内  25-26
  2.2 弹性阶段受力分析  26-33
    2.2.1 基本假定  26-27
    2.2.2 弹性抗弯承载力计算  27-33
  2.3 塑性阶段受力分析  33-41
    2.3.1 基本假定  33-34
    2.3.2 中和轴在FRP板内  34-35
    2.3.3 中和轴在FRP板和钢管的交接面上  35-36
    2.3.4 中和轴在圆钢管混凝土内  36-40
    2.3.5 圆钢管混凝土作为整体组合梁的塑性承载力  40-41
  2.4 小结  41-42
第3章方钢管混凝土与FRP板简支组合梁的受力性能  42-60
  3.1 截面几何特征  42-46
    3.1.1 中和轴位于FRP板内  42-44
    3.1.2 中和轴位于钢管混凝土内  44-46
  3.2 弹性阶段受力分析  46-51
    3.2.1 基本假定  46
    3.2.2 弹性抗弯承载力计算  46-51
  3.3 塑性阶段受力分析  51-58
    3.3.1 基本假定  51
    3.3.2 中和轴在FRP板内  51-53
    3.3.3 中和轴在FRP板和钢管的交接面上  53-54
    3.3.4 中和轴在方钢管混凝土内  54-57
    3.3.5 方钢管混凝土作为整体组合梁的塑性承载力  57-58
  3.4 小结  58-60
第4章圆(方)钢管混凝土与FRP板组合梁交接面滑移与变形计算  60-82
  4.1 交接面滑移计算  60-69
    4.1.1 微分方程的建立  60-62
    4.1.2 滑移计算  62-66
    4.1.3 滑移应变计算  66
    4.1.4 算例分析  66-69
  4.2 基于变分理论的组合梁变形计算  69-81
    4.2.1 基本假定与位移函数缺点  69-70
    4.2.2 弯曲变形微分方程的建立  70-71
    4.2.3 组合梁轴力计算  71-76
    4.2.4 组合梁变形计算  76-81
  4.3 小结  81-82
第5章圆钢管混凝土与FRP板连续组合梁的受力性能  82-102
  5.1 截面几何特征  82-86
    5.1.1 中和轴在FRP板内  82-84
    5.1.2 中和轴在圆钢管混凝土内  84-86
  5.2 弹性受力阶段分析  86-97
    5.2.1 基本假定  86-87
    5.2.2 弹性承载力计算  87-97
  5.3 塑性受力阶段分析  97-101
    5.3.1 基本假定  97-98
    5.3.2 中和轴在FRP板内  98-99
    5.3.3 中和轴在FRP板和圆钢管混凝土的交接面上  99-100
    5.3.4 中和轴在圆钢管混凝土内  100-101
  5.4 小结  101-102
第6章方钢管混凝土与FRP板连续组合梁的受力性能  102-120
  6.1 截面几何特征  102-105
    6.1.1 中和轴在FRP板内  102-104
    6.1.2 中和轴在方钢管混凝土内  104-105
  6.2 弹性受力阶段分析  105-115
    6.2.1 基本假定  106
    6.2.2 弹性承载力计算  106-115
  6.3 塑性受力阶段分析  115-119
    6.3.1 基本假定  115-116
    6.3.2 中和轴在FRP板内  116-117
    6.3.3 中和轴在FRP板和方钢管混凝土的交接面上  117
    6.3.4 中和轴在方钢管混凝土内  117-119
  6.4 小结  119-120
第7章圆(方)钢管混凝土与FRP板组合梁非线性全过程分析  120-132
  7.1 弯矩—曲率关系曲线  120-125
    7.1.1 基本假定  120
    7.1.2 本构关系  120-121
    7.1.3 变形(几何)条件  121-122
    7.1.4 平衡方程  122-123
    7.1.5 弯矩—曲率关系曲线的数值算法  123-125
  7.2 荷载—位移关系曲线  125-127
  7.3 方钢管混凝土与FRP板组合梁数值模拟结果及讨论  127-131
    7.3.1 简支梁算例分析  127-128
    7.3.2 参数分析  128-131
  7.4 小结  131-132
第8章结论与展望  132-134
  8.1 结论  132-133
  8.2 展望  133-134
参考文献  134-140
致谢  140-142
个人简历  142

圆（方）钢管混凝土与FRP板组合梁的受力性能研究

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