爆炸荷载作用下CFRP方钢管混凝土柱动力响应研究

摘要

频繁发生的爆炸事故不断地威胁着人们的生命和财产安全，如何提高建筑结构的防爆抗爆性能，已经成为一项重要的研究课题。CFRP钢管混凝土柱因其不仅继承了普通钢管混凝土承载力高，塑性、韧性好的优点外，还具有良好的耐火、耐腐蚀性，优越的抗震性能，且能有效避免厚壁钢管的使用，在国内外逐渐广泛兴起，是发展前景较好的一种新型组合结构形式。目前关于CFRP钢管混凝土柱的研究主要集中在静力方面，而动力性能的研究较少。因此本文以CFRP方钢管混凝土柱为研究对象，采用理论分析与数值模拟相结合的方法对其承载力和在爆炸荷载下的动力响应进行了研究。主要研究内容和成果如下：
　　（1）基于双剪统一强度理论，结合钢管混凝土统一理论思想，通过等效应力系数与等效约束系数，将CFRP方钢管混凝土柱转化为圆形截面进行分析，推导出了适用于CFRP方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式，将该公式计算结果与相关文献试验值进行对比，验证了其正确性，并分析了混凝土强度等级、钢管壁厚及CFRP厚度等对承载力的影响。
　　（2）基于钢管混凝土统一理论与本文的研究成果，求出了CFRP方钢管混凝土柱的组合刚度，进而推导了塑性极限弯矩，并将爆炸荷载简化为下降三角形荷载，采用等效单自由度法对CFRP方钢管混凝土柱在爆炸荷载下的动力响应进行了理论分析，得到了柱子中部最大动位移。
　　（3）采用有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA，建立CFRP方钢管混凝土柱的有限元模型，对其在爆炸荷载下的动态响应进行数值模拟，通过与上述理论分析结果对比验证了模型的正确性，研究了CFRP厚度、混凝土强度等级、钢材强度等级、含钢率、柱高、轴压比及比例距离等对CFRP方钢管混凝土柱在爆炸荷载作用下动态响应的影响规律。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 CFRP钢管混凝土

1.3研究现状

1.4本文研究内容

第二章 爆炸冲击荷载和材料的动力性能

2.1爆炸分类

2.2爆炸冲击荷载的基本理论

2.3结构抗爆设计的原则及方法

2.4 材料的动力性能

2.5 本章小结

第三章 CFRP方钢管混凝土轴压短柱承载力分析

3.1统一强度理论

3.2极限承载力分析

3.3极限承载力的验证和影响因素分析

3.4 本章小结

第四章 CFRP方钢管混凝土柱的动力响应

4.1等效单自由度体系

4.2动态响应计算

4.3 CFRP方钢管混凝土柱的动力响应

4.4算例分析

4.5 本章小结

第五章 CFRP方钢管混凝土柱在爆炸荷载下的数值模拟

5.1 ANSYS/LS-DYNA有限元程序

5.2有限元模型的建立

5.3结果对比分析

5.4影响因素分析

5.5本章小结

结论与展望

主要结论

研究展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢