FRP-自密实混凝土-钢双壁空心组合柱轴压力学性能分析

本文所研究的组合柱,可以使三种材料优势相融合,力学性能良好,有利于加快施工速度,并保证混凝土在构件各位置分布均匀,但存在一定的不足,具体表现为力学性能不稳定,各材料之间容易出现孔隙。本文将针对该组合结构力学性能进行分析,通过试验与试件设计、材性试验、试件制作、观察试验现象、分析试验结果,明确结构稳定性变化规律,希望为相关行业提供参考。

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱抗冲击性能研究与机理分析

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱(FRP-concrete-steel double skin tubular columns)目前已在桥梁墩柱中得到应用,抗冲击性能是其推广应用的重要指标。为此,基于前期试验,采用ABAQUS软件建立了考虑轴力与侧向冲击耦合影响的有限元模型。首先,分析了轴力-冲击联合作用下该类构件的抗冲击机理;其次,重点研究了FRP厚度和缠绕角度、轴压比、冲击速度、空心率、内钢管径厚比与材料强度对抗冲击性能的影响;最后,给出了轴力-冲击耦合作用下构件动力放大系数的计算公式。结果表明,混凝土的塑性变形是构件抗冲击的主要耗能机制;轴力对构件抗冲击性能有明显影响,当轴压比大于0.7时,轴力对抗冲击性能有削弱作用;内钢管径厚比对构件抗冲击性能影响较小;建议的计算公式可较好地预测该类构件的抗冲击承载力。

FRP-混凝土-钢双壁空心管长柱轴心受压试验

为研究FRP-混凝土-钢双壁空心管长柱的轴心受压性能,完成了3根长细比分别为16.8、16.9和33.7的试件试验。试件为失稳破坏。试验结果表明,长细比增大,承载能力和变形能力下降。通过分析本文和有关文献的试验结果,提出了考虑长细比影响的双壁空心管长柱轴心受压承载力计算公式,计算结果与试验结果符合较好。

FRP-混凝土-钢双壁空心管柱塑性铰区弯矩-转角恢复力模型

采用Clough双线性恢复力模型作为双壁空心管柱塑性铰区弯矩-转角关系恢复力模型。推导了骨架线上两个控制点即屈服点和极限点的弯矩、转角计算式。基于建立的弯矩-转角恢复力模型,计算了9个双壁空心管柱试件截面的屈服弯矩和极限弯矩以及水平力加载位置的屈服水平位移、极限水平位移和水平力-位移滞回曲线,计算结果与试验结果符合较好。

持载对FRP-混凝土-钢双壁空心柱轴压承载能力影响

FRP-混凝土-钢双壁空心柱(简称DSTC)是由香港理工大学滕锦光教授提出一种新型组合构件,具有受力性能良好、施工方便、耐腐蚀性能优越等系列优点.已近期成功将DSTC作为受力构件应用于桥墩.将DSTC应用于桥墩等结构主要受力构件时,持载期间的长期变形性能及持载对DSTC承载能力的影响是一个亟待厘清的关键技术问题.以此为背景,开展了持载对FRP-混凝土-钢双壁空心柱轴压力学性能影响试验研究.主要的研究参数包括:钢管的厚度、GFRP管的纤维层数、是否带焊钉及轴压比.研究结果表明:当DSTC轴压比为0.3及0.4时,持载对DSTC轴压承载力的影响非常有限.

FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱轴心抗压试验研究

为研究FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱的轴压性能,完成了3个圆钢管短柱和10个双壁空心管短柱试件的轴心抗压试验。结果表明:双壁空心管短柱内层钢管受到管内混凝土的径向压力,屈曲被延迟;管内混凝土受到外层FRP管和内层钢管的共同约束;试件具有良好的延性。在轴压力作用下,圆钢管短柱的破坏形态与其径厚比有关。双壁空心管短柱在轴压作用下有3种破坏形态:FRP管的纤维拉断,FRP管的纤维拉断和钢管压屈,整体压屈。破坏形态主要与钢管径厚比、空心率、FRP管的约束程度有关。通过分析本文和国内外相关试验结果,提出了双壁空心管内混凝土受压应力-应变关系模型的3种类型及模型参数的计算公式。模型考虑空心率、内层钢管径厚比、外层FRP管约束程度、FRP层合结构和加载方式的影响,与试验结果符合较好。

矩形纤维增强复材-混凝土-钢组合空心柱的轴压试验研究

纤维增强复材-混凝土-钢组合空心柱是一种由纤维增强复材(FRP)外管,钢内管以及两者之间填充的混凝土组成的新型空心构件。现有研究表明:该组合空心柱具有优越的延性和抗震性能,特别适用于恶劣腐蚀环境下的受压构件,如空心桥墩等。鉴于目前关于矩形FRP-混凝土-钢组合空心柱的研究极少,通过对8个大尺寸矩形FRP-混凝土-钢组合空心柱的轴压试验,研究矩形截面长、短边比,矩形空心柱的空心面积率和FRP管厚度的影响。作为对比,同时进行了4个大尺寸矩形FRP约束混凝土柱的轴压试验。结果表明:对于矩形组合空心柱,较大的截面长、短边比并不会降低对混凝土的约束作用;恰恰相反,较大的截面长、短边比提高了约束混凝土的极限应力和延性;矩形组合空心柱的混凝土受到钢管和FRP管的共同约束,表现出了很好的延性;相比矩形FRP约束实心混凝土柱,内部空心的存在并没有降低约束混凝土的极限应力和极限应变。

FRP-混凝土-钢双壁空心桥墩分析及设计方法研究

纤维增强复合材料(FRP)是一种高强、轻质、耐腐蚀的高性能材料。FRP-混凝土-钢双壁空心组合构件是由香港理工大学滕锦光教授发明的一种新型组合构件,由外侧的FRP管、内侧的钢管及混凝土夹心层组成,具有建造方便(FRP管与钢管可作为浇筑混凝土的模板)、耐腐蚀性能优、抗震性能好等一系列优点。自2004年被提出以来,学术界已对该种新型构件进行了大量的试验和理论研究。目前,针对该种新型构件力学性能的研究已较为深入,所建立的相关设计理论已经写入中国国家标准(GB 50608—2020),但其在实际工程中的应用尚未见文献报道。结合FRP-混凝土-钢双壁空心桥墩在某实际桥梁工程中的应用,对FRP-混凝土-钢双壁空心桥墩的分析、设计原理及方法进行了探索。采用基于纤维截面模型的非线性分析方法,对其承载能力极限状态设计、正常使用极限状态设计进行了深入的探讨;并对节点构造措施、建造成本等方面进行了综合考量。在此基础上,对新型桥墩的设计原理与方法进行了总结,对亟待研究的问题进行了梳理,研究结果可为其后续推广应用提供重要的参考资料。