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1、精品论文大全GFRP 管混凝土长柱统一体的初步探讨刘庆洋 东南大学交通学院，南京（210096） E-mail：liuq8221摘要：借鉴“钢管混凝土统一理论”，本文将 GFRP 管混凝土视为统一体，既将其视为具有 固有组合性能的的一种新型组合材料，通过试验和对试验数据的整理计算出本次试验所用GFRP 管混凝土的组合弹性模量，并在理论上列出 GFRP 管混凝土长柱稳定性计算所应用的 公式。关键词：GFRP 管混凝土；统一体；组合性能；组合弹性模量1. 引言玻璃纤维增强塑料GFRP（Glass Fiber Reinforced Plastics ）是纤维增强复合材料FRP（Fiber Reinf
2、orced Plastics）的一种，也叫玻璃钢。GFRP管混凝土类似钢管混凝土，在GFRP 管中浇筑混凝土，形成一种新型的组合材料，这种新型材料具有诸多优点，如价格低廉，设 计灵活性大，施工方便，自重轻，强度高， 维护费用低，耐腐蚀性能好，此外, GRFP 管可 设计成任意的外观颜色, 更便于与周围景观协调。 由于GRFP 管具有较高的电阻，和较低 的磁感应, 因此, GRFP 管混凝土可用于一些特殊的场合。 GFRP管混凝土的工作原理类似钢管混凝土，由于GFRP管的紧箍效应，使核心混凝土的强度 大大提高。借鉴“钢管混凝土统一体理论”，将GFRP管混凝土也视为统一体，并对其轴心受 压时的长柱
3、的组合性能作初步的研究2. GFRP管混凝土长柱轴压试验2.1试验目的通过对六根GFRP管混凝土长柱的轴压试验，了解GFRP管混凝土长柱失稳破坏时的情况，并 通过对试验数据的整理算出本试验所用GFRP管混凝土长柱的弹性阶段组合弹性模量。2.2试验方案本次试验所采用的材料如表1所示表1 试验所用材料混凝土GFRP管壁厚GFRP管长度GFRP管缠绕角试件数量C353mm2m6003C356mm2m6003构件在东南大学结构实验室500t万能试验机下压至GFRP管破坏。试验采用分级加载制，每级加载10t，并用位移计测得每级荷载作用时长柱的的位移，并换算成应变，画出荷载应变图。2.3试验结果GFRP管
4、混凝土长柱发生较大的横向变形，同时在受在受压一侧管避表面纤维被压碎，静载 时在构件近处可以听到纤维断裂的声音，在受拉的另一侧并没有明显的变化，构件典型的屈-5-曲情况如图1所示图1 试件破坏图片21012062.043815638.6861322013485.4014617208.029223014507.2992719507.2992724016222.6277422208.029225018430.6569326020127.7372327022208.029228024470.8029229026806.5693430029927.007331035419.7080332039416.0
5、5839二组试件中分别选择一组有代表性的试件，并将分级加载时所对应的的应变列表2如下，典型的荷载应变曲线如图2所示表2 分级加载时试件的轴向应变压力/t6mmGFRP管砼微应变/3mmGFRP管砼微应变/ 10128276434255474452620237.2262774456.204379630419.7080292602.18978140565.6934307729.927007350748.1751825875.912408860912.40875911003.649635701259.1240881186.131387801605.8394161441.605839902025.54
6、74451824.8175181002445.2554742408.7591241102956.204382883.2116791203503.6496353704.3795621304087.5912415054.7445261404835.7664235602.1897811505620.4379566642.3357661606532.8467157864.9635041707244.5255479178.8321171808156.93430710291.97081909434.30656911788.3211720010529.1970813667.88321轴向应变35030025
7、0200轴向压力/吨1506mmGFRP管混凝土3mmGFRP管混凝土100500-10000 0 10000 20000 30000 40000 50000 轴向应变/微应变图2 应力应变曲线2.4计算弹性阶段组合弹性模量由荷载应变曲线可以看出荷载在50吨以下时，构件大致处于弹性阶段，取50吨时的应力 值与应变值，由胡克定律 = E 可以算出本试验所用的GFRP管混凝土弹性阶段的组合弹 性模量 Egc 如表3所示表3 试件组合弹性模量试件3mmGFRP管混凝土6mmGFRP管混凝土组合弹性模量 Egc1163 Gpa1361Gpa3. GFRP管混凝土轴心受压长柱的稳定性计算公式由于GFRP
8、管混凝土圆柱属于双轴对称截面，在轴心压力的作用下，只可能发生弯曲屈 曲，GFRP管混凝土长柱构件，最终由于失去稳定性而破坏。3.1临界力的理论公式根据弹性稳定理论，可以导出临界力为1 2N K = l 2Egc I gc如在弹塑性阶段屈曲，则为2tN k =l 2E g c I g cgcgc式中：E 和 E t 分别为GFRP管混凝土组合弹性模量和组合切线模量I gc GFRP管混凝土截面惯性矩l 杆件的计算长度，视两端的支承条件不同而不同 上两式中GFRP管混凝土组合弹性模量和组合切线模量可以通过实验测得，也可以用有线元 方法进行全过程分析，得出数值解，这种方法概念清晰，计算简便，可以计算
9、出各种不同情 况下的工作情况。3.2 临界应力的理论公式31中临界力的公式除以GFRP管混凝土的截面积可以得到临界应力的计算公式1= N K = 2 EgcAcr2gc式中： = Et / E，弹性阶段 =1，弹塑性阶段 1gcgc = 4l / D 构件的长细比， l 是构件的计算长度，D是构件的直径 通过对GFRP管混凝土所受的压应力与临界应力的比较可以确定弹性屈曲与弹塑性屈曲的界 限长细比，还可以确定强度破坏与稳定屈曲的界限长细比。3.3 稳定系数的理论公式gc临界应力与抗压强度标准值 f y 的比值 就是轴心受压构件的稳定系数1gc式中 f y 的数值可以通过实验确定/ fy = gc
10、gc4. 将GFRP管混凝土视为统一体的意义（1）将GFRP管混凝土视为统一体可以充分的考虑GFRP管对核心混凝土的紧箍力效应。目 前GFRP管约束混凝土的本构关系模型，对于GFRP管混凝土承载力的研究一般采用GFRP管 承载力与混凝土承载力相叠加的方法，通常忽略GFRP的泊松效应，即没有考虑GFRP管约束 管受轴向荷载时发生的环向膨胀对核心混凝土的约束作用的降低，也没有将GFRP自身轴向 承载力计入组合结构的承载力中，因而很难准确的反应实际的应力应变关系状态。对于 GFRP管对核心混凝土的紧箍力效应考虑不充分，将其视为一种材料既可以充分的考虑GFRP 管对核心混凝土的紧箍力效应。（2）避免了
11、分别研究GFRP管与核心混凝土工作性能的麻烦。将GFRP管混凝土视为两种材 料就必须分别研究两种材料的工作性能，但当两种材料组合成一种组合材料时，由于两种材 料相互作用，相互影响各自的工作性能与组合之前又不完全相同。将其视为一种材料就避免 了分别研究两种材料的麻烦，同时所得到的基本性能也更接近实际情况5. 结语GFRP管混凝土的承载能力与GFRP管厚度，缠绕角等诸多因素有关，本文只计算出本次试验 所用试件的组合弹性模量，对于GFRP管混凝土组合性能的研究尚须进行大量的试验和理论 研究。2参考文献1 钟善桐 钢管混凝土结构 清华大学出版社2 沈军 玻璃纤维增强塑料管混凝土轴心受压力学性能研究D
12、哈尔滨：哈尔滨工业大学，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 c
13、omposite 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 used in this experiment and formulate the stability of long GFRP confined concrete column in theory.Keywords: GFRP tube reinforced concrete;uniform material; composite performance; composite yangsmodulus
GFRP 管混凝土长柱统一体的初步探讨
