GFRP 管混凝土長(zhǎng)柱統(tǒng)一體的初步探討.doc

精品論文大全gfrp 管混凝土長(zhǎng)柱統(tǒng)一體的初步探討劉慶洋 東南大學(xué)交通學(xué)院，南京（210096） e-mail：摘要：借鑒“鋼管混凝土統(tǒng)一理論”，本文將 gfrp 管混凝土視為統(tǒng)一體，既將其視為具有 固有組合性能的的一種新型組合材料，通過(guò)試驗(yàn)和對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理計(jì)算出本次試驗(yàn)所用gfrp 管混凝土的組合彈性模量，并在理論上列出 gfrp 管混凝土長(zhǎng)柱穩(wěn)定性計(jì)算所應(yīng)用的 公式。關(guān)鍵詞：gfrp 管混凝土；統(tǒng)一體；組合性能；組合彈性模量1. 引言玻璃纖維增強(qiáng)塑料gfrp（glass fiber reinforced plastics ）是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料frp（fiber reinforced plastics）的一種，也叫玻璃鋼。gfrp管混凝土類似鋼管混凝土，在gfrp 管中澆筑混凝土，形成一種新型的組合材料，這種新型材料具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如價(jià)格低廉，設(shè) 計(jì)靈活性大，施工方便，自重輕，強(qiáng)度高， 維護(hù)費(fèi)用低，耐腐蝕性能好，此外, grfp 管可 設(shè)計(jì)成任意的外觀顏色, 更便于與周圍景觀協(xié)調(diào)。 由于grfp 管具有較高的電阻，和較低 的磁感應(yīng), 因此, grfp 管混凝土可用于一些特殊的場(chǎng)合。 gfrp管混凝土的工作原理類似鋼管混凝土，由于gfrp管的緊箍效應(yīng)，使核心混凝土的強(qiáng)度 大大提高。借鑒“鋼管混凝土統(tǒng)一體理論”，將gfrp管混凝土也視為統(tǒng)一體，并對(duì)其軸心受 壓時(shí)的長(zhǎng)柱的組合性能作初步的研究2. gfrp管混凝土長(zhǎng)柱軸壓試驗(yàn)2.1試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)對(duì)六根gfrp管混凝土長(zhǎng)柱的軸壓試驗(yàn)，了解gfrp管混凝土長(zhǎng)柱失穩(wěn)破壞時(shí)的情況，并 通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理算出本試驗(yàn)所用gfrp管混凝土長(zhǎng)柱的彈性階段組合彈性模量。2.2試驗(yàn)方案本次試驗(yàn)所采用的材料如表1所示表1 試驗(yàn)所用材料混凝土gfrp管壁厚gfrp管長(zhǎng)度gfrp管纏繞角試件數(shù)量c353mm2m6003c356mm2m6003構(gòu)件在東南大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室500t萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)下壓至gfrp管破壞。試驗(yàn)采用分級(jí)加載制，每級(jí)加載10t，并用位移計(jì)測(cè)得每級(jí)荷載作用時(shí)長(zhǎng)柱的的位移，并換算成應(yīng)變，畫出荷載應(yīng)變圖。2.3試驗(yàn)結(jié)果gfrp管混凝土長(zhǎng)柱發(fā)生較大的橫向變形，同時(shí)在受在受壓一側(cè)管避表面纖維被壓碎，靜載 時(shí)在構(gòu)件近處可以聽到纖維斷裂的聲音，在受拉的另一側(cè)并沒有明顯的變化，構(gòu)件典型的屈-5-曲情況如圖1所示圖1 試件破壞圖片21012062.043815638.6861322013485.4014617208.029223014507.2992719507.2992724016222.6277422208.029225018430.6569326020127.7372327022208.029228024470.8029229026806.5693430029927.007331035419.7080332039416.05839二組試件中分別選擇一組有代表性的試件，并將分級(jí)加載時(shí)所對(duì)應(yīng)的的應(yīng)變列表2如下，典型的荷載應(yīng)變曲線如圖2所示表2 分級(jí)加載時(shí)試件的軸向應(yīng)變壓力/t6mmgfrp管砼微應(yīng)變/3mmgfrp管砼微應(yīng)變/ 10128276434255474452620237.2262774456.204379630419.70802926026934307729.927007350748.1751825875.912408860912.40875911003.649635701259.1240881186.131387801605.8394161441.605839902025.5474451824.8175181002445.2554742408.7591241102956.204382883.2116791203503.6496353704.3795621304087.5912415054.7445261404835.7664235602.1897811505620.4379566642.3357661606532.8467157864.9635041707244.5255479178.8321171808156.93430710291.97081909434.30656911788.3211720010529.1970813667.88321軸向應(yīng)變350300250200軸向壓力/噸1506mmgfrp管混凝土3mmgfrp管混凝土100500-10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 軸向應(yīng)變/微應(yīng)變圖2 應(yīng)力應(yīng)變曲線2.4計(jì)算彈性階段組合彈性模量由荷載應(yīng)變曲線可以看出荷載在50噸以下時(shí)，構(gòu)件大致處于彈性階段，取50噸時(shí)的應(yīng)力 值與應(yīng)變值，由胡克定律 = e 可以算出本試驗(yàn)所用的gfrp管混凝土彈性階段的組合彈 性模量 egc 如表3所示表3 試件組合彈性模量試件3mmgfrp管混凝土6mmgfrp管混凝土組合彈性模量 egc1163 gpa1361gpa3. gfrp管混凝土軸心受壓長(zhǎng)柱的穩(wěn)定性計(jì)算公式由于gfrp管混凝土圓柱屬于雙軸對(duì)稱截面，在軸心壓力的作用下，只可能發(fā)生彎曲屈 曲，gfrp管混凝土長(zhǎng)柱構(gòu)件，最終由于失去穩(wěn)定性而破壞。3.1臨界力的理論公式根據(jù)彈性穩(wěn)定理論，可以導(dǎo)出臨界力為1 2n k = l 2egc i gc如在彈塑性階段屈曲，則為2tn k =l 2e g c i g cgcgc式中：e 和 e t 分別為gfrp管混凝土組合彈性模量和組合切線模量i gc gfrp管混凝土截面慣性矩l 桿件的計(jì)算長(zhǎng)度，視兩端的支承條件不同而不同 上兩式中g(shù)frp管混凝土組合彈性模量和組合切線模量可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得，也可以用有線元 方法進(jìn)行全過(guò)程分析，得出數(shù)值解，這種方法概念清晰，計(jì)算簡(jiǎn)便，可以計(jì)算出各種不同情 況下的工作情況。3.2 臨界應(yīng)力的理論公式31中臨界力的公式除以gfrp管混凝土的截面積可以得到臨界應(yīng)力的計(jì)算公式1= n k = 2 egcacr2gc式中： = et / e，彈性階段 =1，彈塑性階段 1gcgc = 4l / d 構(gòu)件的長(zhǎng)細(xì)比， l 是構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度，d是構(gòu)件的直徑 通過(guò)對(duì)gfrp管混凝土所受的壓應(yīng)力與臨界應(yīng)力的比較可以確定彈性屈曲與彈塑性屈曲的界 限長(zhǎng)細(xì)比，還可以確定強(qiáng)度破壞與穩(wěn)定屈曲的界限長(zhǎng)細(xì)比。3.3 穩(wěn)定系數(shù)的理論公式gc臨界應(yīng)力與抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 f y 的比值 就是軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù)1gc式中 f y 的數(shù)值可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定/ fy = gcgc4. 將gfrp管混凝土視為統(tǒng)一體的意義（1）將gfrp管混凝土視為統(tǒng)一體可以充分的考慮gfrp管對(duì)核心混凝土的緊箍力效應(yīng)。目 前gfrp管約束混凝土的本構(gòu)關(guān)系模型，對(duì)于gfrp管混凝土承載力的研究一般采用gfrp管 承載力與混凝土承載力相疊加的方法，通常忽略gfrp的泊松效應(yīng)，即沒有考慮gfrp管約束 管受軸向荷載時(shí)發(fā)生的環(huán)向膨脹對(duì)核心混凝土的約束作用的降低，也沒有將gfrp自身軸向 承載力計(jì)入組合結(jié)構(gòu)的承載力中，因而很難準(zhǔn)確的反應(yīng)實(shí)際的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系狀態(tài)。對(duì)于 gfrp管對(duì)核心混凝土的緊箍力效應(yīng)考慮不充分，將其視為一種材料既可以充分的考慮gfrp 管對(duì)核心混凝土的緊箍力效應(yīng)。（2）避免了分別研究gfrp管與核心混凝土工作性能的麻煩。將gfrp管混凝土視為兩種材 料就必須分別研究?jī)煞N材料的工作性能，但當(dāng)兩種材料組合成一種組合材料時(shí)，由于兩種材 料相互作用，相互影響各自的工作性能與組合之前又不完全相同。將其視為一種材料就避免 了分別研究?jī)煞N材料的麻煩，同時(shí)所得到的基本性能也更接近實(shí)際情況5. 結(jié)語(yǔ)gfrp管混凝土的承載能力與gfrp管厚度，纏繞角等諸多因素有關(guān)，本文只計(jì)算出本次試驗(yàn) 所用試件的組合彈性模量，對(duì)于gfrp管混凝土組合性能的研究尚須進(jìn)行大量的試驗(yàn)和理論 研究。2參考文獻(xiàn)1 鐘善桐 鋼管混凝土結(jié)構(gòu) 清華大學(xué)出版社2 沈軍 玻璃纖維增強(qiáng)塑料管混凝土軸心受壓力學(xué)性能研究d 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2001。preliminary discuss of gfrp tube reinforced concrete as one materialliu qingyangtransportation college of southeast university, nanjing（210096）abstractas we see concrete filled steel tube as one material,this paper will see gfrp tube reinforced concreteas one material ,it is a new composite material which has inherent composite performance. through experiment and dealing with the experiment data we compute the composite yangsmodulus of gfrp tube reinforced concrete which was use