土木工程论文栏目提供最新土木工程论文格式、土木工程硕士论文范文。详情咨询QQ:1847080343(论文辅导)

GFRP管钢骨混杂纤维混凝土柱轴压力学性能探讨

日期:2023年04月20日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:145
论文价格:150元/篇 论文编号:lw202304161534404310 论文字数:42566 所属栏目:土木工程论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇土木工程论文,本文采用试验研究、理论分析与有限元模拟相结合的方法,利用ABAQUS有限元模型还原了GFRP管钢骨高强混凝土轴心受压试验,并推导出了适用于该模型的理论计算公式;

第1章 绪论

1.1 研究背景

我国基础建筑工程取得的成绩有目共睹,如今,各种坚固完备的基础建筑为我们的现代生活带来了很多便利,但据调查显示,虽然我国基础建筑总量大,但人均保有量较一些发达国家相比仍有所不足,在一些偏远地区仍需要更完备的基础建设,这就对我国现阶段的建筑材料与结构的性能提出了更高的要求。

我国在建国初期经历过钢材产量的萎靡期,但在改革开放后,我们国家的经济便得到了快速的发展,以土木工程为代表的许多行业都迎来了各自的黄金发展时期。钢结构行业也随之得到了迅猛发展,钢结构的应用范围也随之扩大,新的建筑造型和结构形式不断突破。直到进入21世纪,我国钢材年产量跃居世界首位,2017年钢材产量甚至突破10亿吨。随着社会、经济的发展,钢结构以其高质量、低成本、自重轻、施工周期短、可循环利用、利润高等六大优势,在建筑施工当中占据了越来越重要的地位。我国在施工技术、铸造工艺等方面取得的不断突破也为我国钢结构行业发展过程中的强有力保障[1]。

在我国钢结构行业得到大力发展的同时,混凝土这种传统的建筑材料却逐渐陷入了发展瓶颈。混凝土具有原料分布广、运输方便、可塑性强、养护简单、高承载力等特点,毫不夸张的说,是现代混凝土的发明与使用为人类社会的发展奠定了基石,但同时混凝土也有耐久性差、抗拉抗剪能力弱、弹性不足等缺点。由于合成混凝土的不同材质,其本质上属于脆性物质,其抗拉强度远小于压缩强度,因而在工程实践中难免会产生裂纹,特别是在受弯构件中,裂纹对混凝土的寿命有很大的影响,根据其产生原因,可将其划分为两类[2]:一种是荷载作用下的裂缝,这种裂缝的类型包括弯矩作用下的弯曲裂缝、扭转裂缝和剪力弯矩裂缝,以及它们的综合作用所造成的扭转裂缝;

1.2 FRP材料国内外研究现状

1.2.1 FRP材料的特点

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,即 FRP),是将纤维材料通过拉挤、缠绕、黏贴等工艺确定几何形状后再固定在以树脂为主的基体内制成的具有优秀材料性能的复合材料。自其问世以来,FRP材料便被广泛应用于航空、飞行器、船舶、汽车、医学等尖端行业当中。近年来,随着工业技术的推广,FRP材料的产能得到了大幅度的提升,其价格也不再令人高不可攀。又因其强度高、质量轻、可塑性强、生产工业成熟、取材方便、耐腐蚀等优点,FRP材料已经在建筑工程领域得到了较为广泛的应用。目前较为常见且生产工艺较为成熟的FRP材料有:碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)和芳纶纤维(AFRP)等。由力学性能决定其主要特点有[13]:

(1)高拉伸强度

FRP比普通钢筋具有更好的拉伸强度,接近于高强度钢丝,并且在达到极限拉伸强度以前, FRP基本呈现线性弹性。

(2)优良的耐腐蚀性能和耐用性

该纤维原料具有较好的化学稳定性,不会与各种化学成分如酸碱类化合物发生反应。因此, FRP约束混凝土构件在耐腐蚀、耐久性能方面表现出良好的性能, 尤其是在腐蚀强烈的情况下,能大大提高结构的使用寿命。

(3)重量轻,易于施工

由于 FRP的密度只有钢的25%或以下,所以 FRP在建筑中使用时操作简单,无需加压和吊装,因而可以减少工程造价,尤其是对老结构进行维护和加固。

第2章GFRP管钢骨高强混凝土组合构件轴心受压有限元分析

2.1 本章研究目的

GFRP管钢骨高强混凝土柱是由GFRP管-高强混凝土-工字形型钢3种不同材料组合而成的轴压受力构件。该组合构件在钢骨高强混凝土构件的基础上增添了按照特定角度缠绕的GFRP管,通过GFRP管对混凝土的约束作用进一步提升了原构件结构的承载力。GFRP作为一种新型材料,因其强度高、质量轻、可塑性强的特点作为传统建材的一个重要补充被赋予了活跃在建筑工程领域的较高期望。但目前我国对于这种新型组合构件的理论研究还应进一步完善,为此用有限元模拟来对构件进行力学性能模拟是必要的。

本章结合相关文献的研究成果,通过ABAQUS有限元分析软件,针对文献试验[35]还原建立了GFRP管钢骨高强混凝土的轴向承载力有限元模型,并与文献试验结果进行充分对比,证明模拟分析的正确性,并进一步进行参数分析。

2.2 有限元模型的建立

建立有限元模型的基本信息为建立部件模型、赋予部件材料属性、模型装配、编辑模型荷载与边界条件、建立接触与约束关系、设置分析步、进行网格划分和输出参数。依据实际试验梁的设计参数建立ABAQUS数值模型,本次模拟的各试验柱主要参数见表2.1,建模如图2.1。其中工字钢和混凝土建立为实体拉伸模型并嵌套装配,组合前对混凝土模型进行切削拉伸处理;GFRP管建立为壳体拉伸模型并与实体模型嵌套装配,采用壳体类型的好处是对比修改模型厚度,避免了模型破坏对比模拟环节的二次建模。

土木工程论文怎么写

第3章 GFRP约束钢骨混凝土柱承载力计算方法 ............................ 33

3.1 承载力计算现有规范分析 ............................... 33

3.1.1 复合材料理论 ...................................... 33

3.1.2 纤维间距理论 ............................ 33

第4章 GFRP管-钢骨-玄武岩混杂纤维混凝土柱轴心受压力学性能研究 ............... 44

4.1 玄武岩混杂纤维混凝土抗压性能试验研究 .............................. 45

4.1.1 试验材料 ..................................... 45

4.1.2 混凝土配合比 .............................. 46

5 结论与展望 .......................... 69

5.1 结论 ............................... 69

5.2 展望 ................................ 70

第4章 GFRP管-钢骨-玄武岩混杂纤维混凝土柱轴心受压力学性能研究

4.1 玄武岩混杂纤维混凝土抗压性能试验研究

4.1.1 试验材料

本试验共设计了12组试块,每组3个,其尺寸为150mm*150mm*150mm,所用主要试验材料见下表,纤维类型见图4.1。

土木工程论文参考

第5章 结论与展望

5.1 结论

本文采用试验研究、理论分析与有限元模拟相结合的方法,利用ABAQUS有限元模型还原了GFRP管钢骨高强混凝土轴心受压试验,并推导出了适用于该模型的理论计算公式;通过试验研究了混杂纤维混凝土的受压承载力,并利用混杂纤维混凝土实验数据建立了GFRP管钢骨混杂纤维混凝土轴心受压有限元模型进行数据分析,得出以下主要结论:

(1)本文通过ABAQUS软件建立了GFRP管钢骨高强混凝土柱轴心受压有限元模型,并对其力学性能进行分析。建立的模型能够精确还原实验过程,并得出可靠的GFRP管钢骨高强混凝土柱结构承载力数据,较为深入的揭示了该组合柱的工作机理,为后续的有限元模拟及参数分析提供可靠依据;得到了GFRP管通过约束作用使混凝土处于三向受力状态,抑制了混凝土的形变,同时得到了模拟GFRP管钢骨高强混凝土轴心受压柱的承载力随着GFRP管壁厚度增加而增加、随着缠绕角度的增加而减小的结论;

(2)通过对已有试验数据的分析、结合模拟数据及相关理论推导出适用于模拟GFRP钢骨高强混凝土轴心受压构件的简便理论计算公式,且该简便理论公式计算值与试验值、模拟值吻合较好;

(3)通过混杂纤维混凝土的受压力学性能试验得到了,在混杂纤维混凝土试块中,以钢纤维体积率恒定2%为前提,随着玄武岩纤维体积率的增加,混凝土的抗压强度先增加后降低;适量掺入混杂纤维可以有效提升混凝土承载力;混杂纤维对改善混凝土破坏形态具有积极作用,还可以延长混凝土的破坏周期;推导出混杂纤维混凝土承载力与钢纤维掺量的关系表达式,且该计算值与试验值、模拟值吻合较好等结论;

参考文献(略)