FRP-混凝土-钢双壁空心管轴压短柱力学性能分析.pdfVIP

第45卷第5期 西 安 建 筑科技 大 学 学报(自然科学版) V01．45No．5 2013年10月 7anUniv．ofArch．Tech．(NaturalScienceEdition) 0Ct．2013 J．Xi FRP一混凝土一钢双壁空心管轴压短柱力学性能分析 王 娟，赵均海，李 楠，朱倩 (长安大学建筑工程学院，陕西西安710061) 摘要：应用薄壁圆筒的双剪统一强度理论极限解，考虑材料中间主应力的影响和内圆钢管的薄壁效应，提出 了FRP-混凝土一钢双壁空心管短柱轴压承载力计算公式．借助非线性有限元分析软件ANSYS，建立了组合 柱在轴心压力作用下的非线性有限元计算模型，得到了各构件极限承载力及应力一应变关系全过程曲线，并将 有限元结果与理论公式计算结果、文献试验结果进行对比验证，吻合较好；在此基础上讨论了荷载对构件纵向 应力分布的影响以及钢管厚径比、混凝土强度等对构件承载力的影响规律． 关键词：薄壁圆筒；双剪统一强度理论；非线性有限元lFRP-混凝土一钢双壁空心管；力学性能 398．9 中图分类号：TU 文献标志码：A 文章编号：1006—7930(2013)05—0633—07 FRP一混凝土一钢双壁空心管(简称 双壁空心管)由内层钢管、外层纤维增 强复合材料(FRP)和两者间的夹层混 凝土组成，是滕锦光教授[1屯]在中空夹 层钢管混凝土的启发下提出的一种新 型的组合构件，截面形式见图1所示． 它不仅具有中空夹层钢管混凝土承载 力高、自重轻的优点，还具有轻质、高强 和抗腐蚀能力强等自身的特点．作为一 图1 双壁空心管短柱的受力图 Loadschematicofdouble-skintubularshortcolumns 种新型的组合结构柱，国内外对双壁空 Fig．1 diagram 心管柱的研究近些年才开始，且研究非 常有限，仅有文献[3]对双壁空心管柱进行了抗弯性能研究；文献[4]对双壁空心管柱进行了抗震性能试 验；文献[5]对双壁空心管长柱进行了轴压试验；文献[6]和文献[7]进行了短柱轴压试验．其中不仅对 轴压短柱极限承载力的试验研究有限，其理论研究也大部分是把内层钢管看作是厚壁圆筒来分析(而实 际上大部分钢管应为薄壁钢管)．因此，本文采用双剪统一强度理论，利用薄壁圆筒的统一极限解，考虑 材料中间主应力的影响和内圆钢管的薄壁效应，给出了双壁空心管短柱承载力计算公式；同时，由于受 到试验条件和规模的限制，试验研究存在一定的局限性，为了进一步深入了解其受压性能及约束机理， 本文采用非线性有限元分析软件ANSYS对双壁空心管短柱的轴压力学性能进行了数值模拟，得出了 与文献[6]和文献[7]中试验吻合良好的结论，为工程上广泛使用这种结构提供了理论依据． 1 轴压短柱承载力计算 1．1双剪统一强度理论 双剪统一强度理论是一种考虑了口。影响的适用于各种不同特性材料的新理论，它的数学表达式 为‘8|： 收稿日期：2013—04—02修改稿日期：2013—07—12 学基金资助项目(2011JM7002)；中国博士后科学基金资助项目(2012M520079) 作者简介：王娟(1987一)，女，陕西延安人，博士生，主要从事组合结构基本理论及其应用研究工作． 万方数据 634 西安建筑科技大学学报(自然科学版) 第45卷 们一南渤z 03)。仉，比≤竿等 (1a) r毛。-+幻z)一砸。一巩，dz≥生f睾} (1b) 其中： 口一一Ot，b一盟±尘婴 盯c Ot一瓦 式中：a为材料的拉压比