LRS-FRP-钢双管混凝土双连梁系统及其抗震性能研究

Fiber-reinforced polymer (FRP)-concrete-steel double-skin tubular structure (DSTS) is a new type of composite structures which consist of an outer FRP tube and an inner steel tube, with concrete filled in the space between the two tubes. The composite structure can be optimally designed to obtain several advantages over existing forms of structures which include high ductility, high strength, excellent corrosion resistance and lightweight due to the hollow cross-section. The research project has extended the application of DSTS in coupling beams for the first time and proposes a novel type of coupling beam, that’s, the FRP-concrete-steel DSTS coupling beam. To increase the anti-seismic capability of the coupling beam to the maximum extent, the recent developed large rupture strain FRP (LRS-FRP) will be applied as the outer FRP tube. This project will thus investigate the seismic performance of the LRS-FRP-concrete-steel DSTS coupling beam. This project will also experimentally study the compression performance of LRS-FRP-confined concrete and the compression and bending performance of LRS-FRP-concrete-steel DSTS structure. The stress-strain relation model of LRS-FRP-confined concrete will be developed and the interaction mechanism among the LRS-FRP tube, concrete and steel tube under compression and bending loading will be explained which will form an important basis to finally develop the anti-seismic optimization design methodology of the LRS-FRP-concrete-steel DSTS coupling beam.

FRP管-混凝土-钢管组合构件是一种新型组合结构，由外部FRP管、内部钢管以及两者之间填充的混凝土三部分组成，三种材料的协同互补与共同工作使该组合构件具有自重轻、强度高、延性好和耐腐蚀性等优点。本项目首次将FRP-钢双管混凝土构件应用于连梁，提出了一种新型的连梁结构，即FRP-钢双管混凝土双连梁系统，并采用大应变FRP（LRS-FRP）作为该双连梁系统的外部约束管材，以高效地解决连梁耗能不足的问题。本项目拟系统地研究LRS-FRP-钢双管混凝土双连梁系统的抗震性能，并将同时开展单向与反复荷载作用下的LRS-FRP约束混凝土力学性能和LRS-FRP-钢双管混凝土构件分别在压弯荷载作用下的力学性能研究；拟通过构建LRS-FRP约束混凝土应力应变关系、揭示LRS-FRP-钢-混凝土协同工作机理，最终建立LRS-FRP-钢双管混凝土双连梁系统的抗震优化设计理论与方法。

FRP管-混凝土-钢管组合构件是一种新型组合结构，由外部FRP管、内部钢管以及两者之间填充的混凝土三部分组成，三种材料的协同互补与共同工作使该组合构件具有自重轻、强度高、延性好和耐腐蚀性等优点。本项目首次将FRP-钢双管混凝土构件应用于连梁，提出了一种新型的连梁结构，即FRP-钢双管混凝土双连梁系统，并采用大应变FRP（LRS-FRP）作为该双连梁系统的外部约束管材，以高效地解决连梁耗能不足的问题。本项目系统地研究了LRS-FRP-钢双管混凝土双连梁系统的抗震性能，开展了单向与反复荷载作用下的LRS-FRP约束混凝土力学性能和LRS-FRP-钢双管混凝土构件在压弯荷载作用下的力学性能研究；通过构建LRS-FRP约束混凝土应力应变关系、揭示了LRS-FRP-钢-混凝土协同工作机理，验证并分析了LRS-FRP-钢双管混凝土双连梁系统的抗震性能。.完成了如下的研究目标：.1). 揭示了截面形状（倒角半径及高宽比）对LRS-FRP 约束混凝土力学性能的影响，建立了单向与反复荷载作用下LRS-FRP 约束混凝土应力-应变模型。.2). 揭示了单向与反复荷载作用下LRS-FRP-混凝土-钢管相互作用机理，揭示了组合截面空心率和钢管形状对双管柱受压性能影响，建立了LRS-FRP 与钢管共同约束下受压应力-应变本构模型及LRS-FRP-钢双管混凝土柱的承载力模型。.3). 揭示了纯弯荷载作用下LRS-FRP-混凝土-钢管相互作用机理，揭示了组合截面空心率和偏心率对双管梁受弯性能影响机制，建立了LRS-FRP-钢双管混凝土矩形梁的受弯承载力模型。.4). 建立了LRS-FRP-钢双管混凝土双连梁的荷载-位移恢复力模型，揭示了双连梁的截面形式（截面形状、空心率及偏心率）、LRS-FRP 的约束刚度对双连梁的延性系数、耗能能力以及承载力的影响，建立了LRS-FRP-钢双管混凝土双连梁抗震优化设计方法。.5). 发表了SCI论文18篇，授权发明专利3项；培养硕士研究生5名（3名毕业，2名在读）。