圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱轴压试验研究

CFRP材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀和耐久性好等特点,但在新建建筑中应用CFRP管混凝土柱施工复杂,成本高昂,而采用在薄壁钢管外缠绕CFRP布,用钢管作为CFRP布的施工模板,可大大简化施工过程,且能满足对柱子截面形状的要求,应用前景广阔。该文通过对圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压静力性能进行试验研究,对比并建议了圆CFRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压承载力计算方法,可供实际工程设计参考。

CFRP-钢复合管约束型钢高强混凝土短柱的轴压力学性能

对8根碳纤维增强复合材料(CFRP)-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土(C-C/STCSRC)短柱和4根CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土(C-CTSRC)短柱进行了轴压试验,分析了CFRP约束效应系数、钢管截面形式以及钢管受力性能对CFRP-圆/方钢复合管约束型钢高强混凝土(C-C/STCSRC)轴压短柱力学性能的影响。结果表明:CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土(C-CTCSRC)轴压短柱的极限承载力提高率随着约束效应系数的增加呈指数形式增长;在柱核心混凝土截面面积相同时,CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土(C-CTCSRC)轴压短柱的极限承载力比CFRP-方钢复合管约束型钢高强混凝土(C-STCSRC)轴压短柱的极限承载力高50%以上;在弹性工作阶段,CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土(C-CTSRC)柱的弹性模量高于CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土(C-CTCSRC)柱的弹性模量;CFRP-圆钢复合管约束型钢高强混凝土(C-CTCSRC)柱的极限承载力高于CFRP约束圆钢管型钢高强混凝土柱的极限承载力;CFRP与钢管黏结良好时,CFRP与钢管能够协同工作。

方钢管超轻混凝土短柱轴压性能试验研究

对16个方钢管超轻混凝土短柱和8个空钢管短柱进行了轴压试验,以超轻混凝土强度和含钢率为变化参数,研究方钢管超轻混凝土短柱的破坏形态和受力性能。结果表明,随着超轻混凝土强度的降低,钢管对核心混凝土的约束效应越强;随着含钢率的增加,构件的承载力和变形能力提高,但当含钢率高于0.25时,超轻混凝土的存在对构件的承载力和变形能力已基本没有影响。基于叠加理论,提出了适用于方钢管超轻混凝土短柱承载力的计算公式。

方形耐候钢管混凝土短柱轴压力学性能研究

为研究方形耐候钢管混凝土短柱的轴压力学性能,首先设计并开展了4根轴压短柱试验研究。进而采用Abaqus有限元软件建立方形耐候钢管混凝土短柱有限元模型并进行数值分析。数值模拟结果表明,轴压短柱直至破坏共经历了3个阶段:弹性段、弹塑性段和破坏段。其破坏模式均为柱中局部屈曲。耐候钢拉伸性能试验特征与低碳钢的力学性能相近,有限元建模采用低碳钢本构关系可准确模拟方形耐候钢管混凝土短柱的轴压力学性能。钢管内焊接拉筋能有效改善钢管对核心混凝土的约束作用,进而提高轴压短柱的极限承载力和延性。最后,方形耐候钢管混凝土短柱轴压力学性能与普通钢管混凝土短柱无异。

CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱试验研究

通过对10根CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱和用于对比的5根圆钢管混凝土轴压短柱承载力的试验研究,初步探讨CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱的受力性能以及CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱承载力的提高效果。分析了钢管约束指标和CFRP筒约束指标等对CFRP-钢复合圆管内填混凝土轴压短柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,外包CFRP可以有效提高圆钢管混凝土轴压短柱的承载力;CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱承载力的提高率近似随着CFRP筒约束指标的增加而线性增加;在其它条件相同的情况下,钢管约束指标越大,承载力提高率越小;承载力提高率随着约束指标比的增加而增加;如果粘结良好,在破坏前,CFRP筒和钢管可以保持协同工作。

CFRP-钢复合管约束UHPC轴压短柱试验研究

为研究纤维增强复合材料-钢管复合约束超高性能混凝土短柱的轴压承载力和变形性能,对9个纤维增强复合材料CFRP-钢复合管约束超高性能混凝土短柱、3个钢管约束超高性能混凝土短柱和2个芳纶布约束超高性能混凝土短柱进行了轴心受压试验。结果表明:碳纤维布-钢复合管约束超高性能混凝土短柱荷载-轴向变形曲线的形状与套箍系数有关,随着套箍系数增大,曲线形状依次呈现为抛物线形、双峰值形、多段线性形;峰值荷载时,当套箍系数ξ≤1.126,碳纤维布的断裂面积约为66.7%;当ξ>1.126,碳纤维布的断裂面积为34.8%;碳纤维布对于改善柱变形能力效果显著。最后根据试件实际约束强度,建立了碳纤维布-钢管复合管约束超高性能混凝土短柱的轴压承载力和峰值应变的计算公式,理论计算值与试验值吻合较好。

圆CFRP钢复合管混凝土轴压短柱试验研究

通过对8根圆CFRP(碳纤维增强塑料)钢复合管混凝土轴压短柱和4根圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的试验,研究CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱的增强效果.分析了钢管约束效应系数和CFRP筒约束效应系数等对圆CFRP钢复合管混凝土轴压短柱极限承载力的影响.在本次试验的参数范围内,CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的提高率近似随着CFRP的增加而线性增加;在其它条件相同的情况下,钢管约束效应系数越大,CFRP对圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力的提高率越小.

内圆外方复合钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

为研究内圆外方复合钢管混凝土柱的轴压承载力,完成了10个试件的轴心受压试验。试验结果表明:达到峰值承载力时,方钢管纵向已屈服、横向尚未屈服;试件的破坏形态为方钢管向外鼓曲、沿纵向局部撕裂,方钢管与圆钢管之间的混凝土已经酥松、局部压碎;大部分试件即使纵向平均压应变达到0.11,尚能承担不小于其峰值承载力70%的轴力;压缩刚度的计算值平均为实测值的83.6%。采用钢管仅提供轴压承载力、不提供横向约束的假定计算得到的试件的轴压承载力,与试验结果符合最好。

复合方箍约束混凝土轴心受压短柱承载力计算

在现有试验数据的基础上 ,分析了轴心受压下复合方箍约束混凝土抗压强度随含箍特征值λv 和箍筋间距s的变化规律 ,提出了方箍约束混凝土轴心受压短柱承载力的计算公式 ,并给出算例。该公式适用于普通强度混凝土和高强度混凝土 (C2 0～C60 )。

圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系分析

目的深入了解圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱的静力性能.方法以试验研究为基础,依据圆CFRP-钢管约束混凝土在轴压力作用下的应力-应变关系,采用纤维模型法模拟圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系;分析了钢管约束效应系数和CFRP筒约束效应系数对圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响.结果计算值与试验值吻合良好且偏于安全.结论总结了典型的圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱荷载-变形关系曲线特点,该曲线可以分为4阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性增强阶段和软化阶段;该方法也可用于圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形关系分析.

圆复合钢管混凝土短柱在轴压下的有限元分析

为了分析不同参数对短柱轴压性能的影响,基于有限元软件ABAQUS建立了圆复合双钢管混凝土(concrete-filled double steel tubular,CFDST)短柱在轴压下的有限元模型.针对核心混凝土受到内外钢管同时约束的情况,采用了2种核心混凝土本构模型,同时将采用2种本构模型的模拟结果与前人的试验结果进行了比较,验证了模型的正确性,提出了适合夹层混凝土、核心混凝土和钢管的本构模型.在此基础上,通过ABAQUS拓宽了参数研究范围,对圆CFDST短柱在不同参数下进行了受力分析.

CFRP-钢管砼轴压短柱受力性能分析

以试验为基础,对CFRP-钢管混凝土轴压短柱的受力性能进行了分析。首先按不同阶段分析了该类构件的作用机理,然后给出了混凝土、钢管以及CFRP筒的应力途径。以此为依据,确定了该类构件典型的应力-应变曲线,并将其划分为若干阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段以及下降段;与钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线相比,CFRP钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线的最大特点是在达到极限承载力之后,都要经历一个下降段。探讨了该类构件承载力的简化计算方法,并建议采用极限平衡法求解。

CFRP-钢管砼轴压短柱承载力的简化计算

目的为得到CFRP-钢管砼轴压短柱承载力计算的表达式.方法合理假定CFRP筒、钢管和核心混凝土在极限时的应力状态,采用极限平衡法求解,并以实验结果加以验证.结果得到承载力计算式以及简化式,计算结果与实测结果吻合良好.结论在所选取样本的参数范围内,CFRP-钢管砼轴压短柱承载力主要取决于核心混凝土的强度和横截面积、钢管的强度和横截面积以及CFRP筒的强度和横截面积,承载力随着它们的增加而增加.如果没有外包CFRP筒,则计算式退化为圆截面钢管混凝土轴压短柱承载力极限平衡法的表达式.

圆CFRP-钢管约束混凝土轴压力作用下的本构关系

目的进行圆CFRP-钢管混凝土轴压短柱的受力全过程分析以及圆CFRP-钢管混凝土构件的承载力简化计算,研究圆CFRP-钢复合管约束混凝土在轴压力作用下的本构关系.方法以试验研究为依据,对已有的圆钢管约束混凝土在轴压力作用下的本构关系进行修正,给出回归表达式以及简化式.结果得到了圆CFRP-钢复合管约束混凝土在轴压力作用下的本构关系表达式以及简化式.结论圆CFRP-钢复合管约束混凝土在轴压力作用下的本构关系可以划分为三阶段:弹性阶段,弹塑性阶段和下降段.

圆截面CFRP-钢管砼轴压短柱静力性能研究

目的了解圆截面CFRP-钢管混凝土轴压短柱在不同阶段各个组成部分的作用机理和静力性能,以及该类构件承载力简化计算方法.方法以试验为基础,对该类构件开展理论研究.结果给出了混凝土、钢管以及CFRP筒的应力途径;确定了该类构件典型的应力-应变曲线,并将其划分为若干阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化段以及下降段.结论CFRP-钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线与钢管混凝土轴压短柱的应力-应变曲线相比的最大特点是在试件达到极限承载力之后,都要经历一个下降段,建议采用极限平衡法求解圆截面CFRP-钢管混凝土轴压短柱的承载力.

圆截面CFRP-钢复合管混凝土结构的研究

总结了国内外关于圆截面钢管混凝土结构和FRP筒内填钢筋混凝土结构的研究与应用现状,指出了两种结构体系的若干不足,在此基础上,提出了CFRP-钢复合管混凝土结构的研究设想;分析了CFRP-钢复合管混凝土结构实际应用的可行性,探讨了CFRP-钢复合管混凝土结构的一些关键技术问题及解决措施;最后,指出了CFRP-钢复合管混凝土结构的应用前景.

SRPE套管约束混凝土短柱轴压性能试验

针对西部盐渍土地区钢筋混凝土桥梁墩柱的腐蚀问题,提出一种新型组合结构“钢骨架聚乙烯塑料复合材料(SRPE)套管约束混凝土柱”,该新型组合结构能够彻底隔离墩柱与各种腐蚀性离子的接触。为研究其轴心受压力学性能,对12个SRPE套管约束混凝土短柱试件及3个素混凝土短柱试件进行了轴心受压试验,分析了混凝土强度等级、SRPE套管环向约束应力和膨胀剂对试件的破坏形态、荷载-位移曲线、延性和初始压缩刚度的影响规律。根据SRPE套管环向约束应力计算方法和约束混凝土短柱抗压强度计算公式,建立了SRPE套管约束混凝土短柱轴心抗压强度计算方法。结果表明:SRPE套管约束混凝土短柱的最终破坏形态均为核心混凝土发生斜剪破坏,且随着SRPE套管环向约束应力的增高,试件的剪斜变形角逐渐减小;试件混凝土强度等级越高,其荷载-位移曲线的峰值荷载越大,下降段更陡峭,试件的脆性越大;SRPE套管能够明显提高试件的承载力、峰值变形及延性,且随着SRPE套管环向约束应力的增大,试件各项力学性能均呈逐渐上升趋势;提高混凝土强度等级,试件的承载力提高,但峰值变形和延性有所降低;掺入膨胀剂(质量分数10%)使试件的承载力降低,而峰值变形、初始压缩刚度及延性则稍有提高;所建立的轴心抗压承载力计算方法可为工程实践提供参考。

CFRP钢管混凝土核心轴压短柱静力性能研究

目的为了解CFRP钢管混凝土核心轴压短柱的各组成部分协同工作,内力重分布,应力-应变关系以及承载力简化计算等问题.方法以试验研究为基础,对研究对象进行理论分析.结果试件在受力过程中存在内力重分布现象:在加载初期,钢管以承受纵向压力为主;在加载后期,钢管和CFRP筒以承受环向拉力为主,给出了此类构件的应力-应变关系曲线以及承载力计算表达式.结论在达到最大承载力之前,钢管,主筋和外围混凝土能够保持协同工作;根据CFRP筒约束效应系数的不同,可以将应力-应变关系曲线划分为若干阶段;计算值与实测值吻合良好且偏于安全.

CFRP钢管砼核心轴压短柱承载力简化计算

目的给出CFRP钢管混凝土核心轴压短柱承载力的简化计算方法,指导工程实践.方法根据试验结果进行理论分析,探讨CFRP钢管混凝土核心轴压短柱相对于CFRP钢管混凝土轴压短柱实测承载力提高率δ与CFRP筒约束效应系数cξf、钢管约束效应系数sξ以及总的约束效应系数ξ之间的关系.结果δ随着约束效应系数的减小而增加;以试验研究为基础,回归了CFRP钢管混凝土核心轴压短柱承载力计算式并给出其适用条件.结论计算结果与试验结果吻合良好.