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FRP-混凝土—钢双管柱的设计方法研究

作　者: 卢哲刚
导　师: 姚谏
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: FRP-混凝土-钢双管柱 纤维单元法 数值积分 短柱 长柱 界限长细比
分类号: TU398.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 73次
引　用: 2次
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内容摘要


FRP复合材料由于其轻质高强、耐腐蚀等一系列特点,近二十年来引起了各国学者的广泛关注。FRP-混凝土-钢双管柱(FRP-Concrete-Steel Double-Skin Tubular Column,简称DSTC)是一种有效利用复合材料特点的新型组合构件形式。本文对DSTC构件正截面受压承载力设计方法进行了深入的研究。首先设计并部分实施DSTC长柱的偏心受压的试验,研究构件偏心距、长细比以及FRP管径厚比对DSTC长柱性能的影响。试验包括了对GFRP管、无缝钢管和自密实混凝土的材料性能试验和对构件的偏压试验。对偏心受压下,DSTC中FRP管、混凝土和钢管的破坏模式进行探讨。接下来结合纤维单元法和数值积分手段对DSTC构件进行了数值分析。分析对约束混凝土采用了可变约束模型,考虑了偏心受压对FRP管约束作用的影响。提出了更加简单的计算方法。与计算软件OpenSees和试验的结果比较显示,分析模型能够准确地分析DSTC构件在不同长细比和偏心距下的性能。然后采用纤维单元法对DSTC短柱正截面承载力的计算进行了探讨。通过对混凝土的受压区高度等效和计算表达式近似等手段对约束混凝土、钢管和FRP管的作用分别进行了简化,得到了可用于计算DSTC短柱正截面承载力的简化设计公式。论文接着修改了长柱分析的计算程序,提出计算DSTC构件临界长细比的方法。通过对影响临界长细比的参数进行分析,利用影响显著的5个参数拟合成界限长细比的简化计算公式。最后对DSTC长柱正截面受压承载力进行了研究。对FRP用量的经济性提出了建议,采用名义曲率法,经过分析,提出了用于计算DSTC长柱的简化设计公式。上述所有的设计公式都与数值计算的结果进行了比较,显示公式计算的结果准确可靠的。

全文目录


致谢  4-5
摘要  5-6
Abstract  6-10
符号说明  10-12
第1章 绪论  12-27
  1.1 课题背景  12-25
    1.1.1 概述  12-13
    1.1.2 DSTC相关的理论和试验研究  13-24
    1.1.3 其他相关研究及其方法  24-25
  1.2 课题的研究目的  25
  1.3 本文主要内容  25-27
第2章 DSTC长柱的偏心受压试验研究  27-39
  2.1 概述  27
  2.2 研究目的和试件设计  27-32
  2.3 材料性能试验  32-35
    2.3.1 FRP管材料性能试验  32
    2.3.2 无缝钢管材料性能试验  32-34
    2.3.3 自密实混凝土材料性能试验  34-35
  2.4 试件装置和测点布置  35-37
    2.4.1 试件装置  35-36
    2.4.2 测点布置  36-37
  2.5 试件加载和试验现象  37-38
    2.5.1 试验加载  38
    2.5.2 试验现象  38
  2.6 本章小结  38-39
第3章 DSTC的数值分析方法  39-53
  3.1 概述  39-40
  3.2 截面分析  40-44
    3.2.1 截面分析的有关假定  40
    3.2.2 有关曲线的计算  40-44
  3.3 构件分析  44-52
    3.3.1 计算模型  44-45
    3.3.2 数值积分的实现  45-48
    3.3.3 算例  48-52
  3.4 本章小结  52-53
第4章 DSTC短柱的设计方法  53-67
  4.1 概述  53
  4.2 DSTC短柱的设计公式  53-63
    4.2.1 混凝土作用的简化  53-58
    4.2.2 设计公式推导与简化  58-63
  4.3 计算公式精度验证  63-66
  4.4 本章小结  66-67
第5章 DSTC构件的临界长细比  67-82
  5.1 概述  67-68
  5.2 临界长细比的定义  68
  5.3 参数分析  68-80
    5.3.1 参数分析的方法  68-69
    5.3.2 参数取值和分析  69-80
  5.4 临界长细比设计公式  80-81
  5.5 本章小结  81-82
第6章 DSTC长柱的设计方法  82-105
  6.1 概述  82
  6.2 简化计算模型  82-86
  6.3 FRP用量的上限值  86-92
  6.4 DSTC长柱的设计公式  92-97
    6.4.1 一般长柱的设计方法  92-94
    6.4.2 设计公式推导与简化  94-97
  6.5 计算公式精度验证  97-100
  6.6 本章小结  100-105
第7章 结论与展望  105-108
  7.1 结论  105-106
  7.2 展望  106-108
参考文献  108-113
作者简历  113

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 组合结构 > 其他组合结构
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