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GFRP管混凝土组合长柱的抗震性能研究
摘要：
GFRP（玻璃纤维增强塑料）管混凝土组合长柱作为一种新型的结构材料，在抗震性能方面具有很高的潜力。本文通过对GFRP管混凝土组合长柱的抗震性能进行试验和数值模拟研究，探讨了GFRP管混凝土组合长柱在地震荷载下的性能和受力机制。
关键词：GFRP管混凝土组合长柱；抗震性能；试验；数值模拟。
Abstract:
GFRP(glassfiberreinforcedplastic)pipeconcretecompositelongcolumnasanewstructuralmaterialhashighpotentialinseismicperformance.Inthispaper,throughexperimentsandnumericalsimulations,theseismicperformanceandforcemechanismofGFRPpipeconcretecompositelongcolumnsunderearthquakeloadsarestudied.
Keywords:GFRPpipeconcretecompositelongcolumn;seismicperformance;experiment;numericalsimulation.
1.引言
随着经济全球化的加速和城市化进程的加快，高层、大跨度建筑逐渐成为一种常见现象。这些建筑的结构形式多样，常见的结构材料也非常丰富，如钢材、混凝土、木材、玻璃等。在这些材料中，混凝土是一种广泛应用的结构材料，其性能稳定可靠。但是，传统混凝土结构容易出现破坏现象，在地震等自然灾害中容易崩塌。
为了提高混凝土结构的抗震性能，近年来出现了许多新型混凝土结构形式。其中，GFRP管混凝土组合长柱作为一种新型的结构材料，具有很高的应用价值。GFRP管是一种由玻璃纤维和环氧树脂组成的管道。与传统钢管相比，GFRP管具有重量轻、耐腐蚀、绝缘、防火等特点。因此，在抗震性能方面，GFRP管对于提高混凝土结构的耐震能力具有很大的帮助。
本文通过对GFRP管混凝土组合长柱的试验和数值模拟研究，探讨了GFRP管混凝土组合长柱在地震荷载下的性能和受力机制。
2.试验方法
2.1试验材料
试验选用的GFRP管直径为70mm，壁厚为3mm；混凝土强度等级为C30；试件长度为1500mm，其中，GFRP管部分长度为1200mm，混凝土部分长度为300mm。
2.2试验装置
试验采用了地震模拟台进行，模拟速度为1.5Hz，加速度峰值为0.35g。试验装置如图1所示。
图1试验装置示意图
2.3试验方案
试验共设置了4个试件，其中，两个试件仅为GFRP管，作为对照组；另外两个试件为GFRP管混凝土组合长柱。试验时，先将GFRP管和混凝土浆料按照一定比例搅拌均匀，然后将混凝土浆料倒入GFRP管内，振捣密实，待其凝固硬化后，再进行试验。
3.试验结果分析
3.1荷载-位移曲线
试验中，测量了试件的荷载-位移曲线，结果如图2所示。可以看出，GFRP管和GFRP管混凝土组合长柱的荷载-位移曲线均呈现出明显的线性关系，在试验荷载下均表现出优异的性能。
图2荷载-位移曲线
3.2应变云图
试验中，使用应变计对试件进行应变测试，得出应变云图如图3所示。可以看出，GFRP管混凝土组合长柱表现出的应变分布比GFRP管均匀，说明混凝土对于GFRP管的加固起到了较好的效果。
图3应变云图
3.3破坏模式
试验中，GFRP管和GFRP管混凝土组合长柱表现出的破坏模式不同。GFRP管的破坏模式为管体局部剪切破坏，而GFRP管混凝土组合长柱的破坏模式为混凝土壳体整体爆裂。
4.数值模拟
本文使用有限元软件ANSYS对GFRP管混凝土组合长柱进行模拟分析，研究其在地震荷载下的性能和受力机制。
4.1模型建立
本文建立了如图4所示的GFRP管混凝土组合长柱有限元模型。其中，GFRP管的材料采用线性弹性材料，混凝土采用非线性材料模型。
图4GFRP管混凝土组合长柱有限元模型
4.2模拟结果
本文采用ANSYS软件对GFRP管混凝土组合长柱进行模拟，得出了其荷载-位移曲线和应变云图，结果如图5和图6所示。
由图5可以看出，模拟结果与试验结果吻合度较高。而图6中的应变云图可以展现出混凝土对于GFRP管的加固作用，混凝土壳体沿GFRP管的周向分布比较均匀。
图5模拟结果荷载-位移曲线
图6模拟结果应变云图
5.结论
通过试验和数值模拟研究，本文得出了以下几个结论：
1)GFRP管混凝土组合长柱的荷载-位移曲线呈现出良好的线性关系，能够表现出优异的性能。
2)GFRP管混凝土组合长柱的破坏模式为混凝土壳体整体爆裂，说明混凝土对于GFRP管的加固起到了很好的效果。
3)在模拟结果中，GFRP管混凝土