CFRP—鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的力學(xué)性能研究.pdf

1、鋼管混凝土的誕生已有100多年的歷史，其在力學(xué)性能和施工工藝等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此在超高層建筑、橋梁工程、工業(yè)廠(chǎng)房以及地下工程等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。隨著現(xiàn)代結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，大型的鋼管混凝土建筑物也隨之出現(xiàn)，這就要求必須使用厚壁鋼管或高強(qiáng)鋼管以提供給混凝土足夠的緊箍力，也因此增加了工程造價(jià)。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是由碳纖維材料與基體材料按比例混合并經(jīng)過(guò)一定工藝復(fù)合形成的一種高性能新型材料，它以其輕質(zhì)高強(qiáng)、抗腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)開(kāi)始在工程領(lǐng)

2、域得到應(yīng)用并受到廣泛關(guān)注。21世紀(jì)初，CFRP-鋼管混凝土這種新型結(jié)構(gòu)形式被提出，CFRP不但可與鋼管共同對(duì)核心混凝土提供約束力，而且可以延緩或避免鋼管的局部屈曲，使結(jié)構(gòu)的承載力更高、耐久性更好。對(duì)CFRP-鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究已在國(guó)內(nèi)外形成一個(gè)熱點(diǎn)，隨著初步理論基礎(chǔ)的奠定，這種新型結(jié)構(gòu)形式也于2012年開(kāi)創(chuàng)性地應(yīng)用到我國(guó)的道路工程中，為這一結(jié)構(gòu)的理論研究與工程實(shí)際應(yīng)用建立了聯(lián)系，同時(shí)也證明了此結(jié)構(gòu)良好的應(yīng)用前景。
　　國(guó)內(nèi)外對(duì)C

3、FRP-鋼管混凝土的研究主要集中在軸壓性能和受彎性能，而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力形式是多樣的，隨著CFRP-鋼管混凝土應(yīng)用的推廣，現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)理論已無(wú)法滿(mǎn)足對(duì)實(shí)際工程指導(dǎo)的需求。因此本文在以往研究的基礎(chǔ)之上，通過(guò)試驗(yàn)研究、有限元法模擬和理論分析的方法對(duì)CFRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的力學(xué)性能展開(kāi)了研究，完成了以下主要研究?jī)?nèi)容:
　　(1)進(jìn)行了CFRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件靜力性能的試驗(yàn)研究。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)了長(zhǎng)細(xì)比、偏心率對(duì)試件承載力和力學(xué)性

4、能的影響規(guī)律。將試件的荷載-跨中截面撓度關(guān)系曲線(xiàn)劃分為彈性階段、彈塑性階段、下降段三個(gè)階段。試件在達(dá)到極限荷載之后進(jìn)入承載力下降段，試件在保持一定承載力的同時(shí)經(jīng)歷較大的變形，這是典型的延性破壞。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知:CFRP和鋼管在加載之初至失效后退出工作，在縱向和橫向都能較好地協(xié)同工作。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析了鋼管的內(nèi)力重分布情況。鋼管縱向應(yīng)變沿截面高度的分布基本符合平截面假定，試件的撓度曲線(xiàn)與正弦半波曲線(xiàn)基本吻合。
　　(2)進(jìn)行了CF

5、RP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件靜力性能的理論分析并提出了承載力計(jì)算公式。通過(guò)大型有限元軟件ABAQUS模擬了CFRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的荷載-跨中截面撓度關(guān)系曲線(xiàn)和破壞模態(tài)，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。分析了CFRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件及其各組成材料在受力全過(guò)程中的應(yīng)力、應(yīng)變、相互作用力等的變化規(guī)律，分析結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)鋼管與混凝土之間的粘接強(qiáng)度對(duì)試件承載力、彈性階段的剛度、鋼管與核心混凝土之間的相互作用力基本沒(méi)有影響，

6、加載路徑對(duì)試件的靜力性能影響不大。分析結(jié)果還表明:受壓區(qū)橫向CFRP對(duì)試件有明顯的約束作用，并且延緩了受壓區(qū)鋼管的鼓曲;受拉區(qū)縱向CFRP提高了試件的抗彎承載力，延緩了試件的彎曲變形。在系統(tǒng)參數(shù)分析結(jié)果之上，針對(duì)不同的截面形式，提出了適用于CFRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的承載力計(jì)算表達(dá)式，應(yīng)用該式的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。
　　(3)進(jìn)行了CFRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件滯回性能的試驗(yàn)研究。分析了軸壓比和縱向CFRP增強(qiáng)系數(shù)對(duì)試件的

7、跨中荷載-撓度滯回曲線(xiàn)、跨中荷載-撓度骨架曲線(xiàn)、彎矩-曲率滯回曲線(xiàn)、彎矩-曲率骨架曲線(xiàn)、剛度、剛度退化、強(qiáng)度退化、延性系數(shù)、累計(jì)耗能、等效粘滯阻尼系數(shù)等的影響規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果顯示:CFRP對(duì)試件有很好的橫向約束和縱向增強(qiáng)作用，鋼管的局部屈曲得到了延緩或消除;在往復(fù)荷載下鋼管和CFRP在縱向和橫向同樣能夠協(xié)同工作;所有試件的跨中荷載-撓度滯回曲線(xiàn)和彎矩-曲率滯回曲線(xiàn)均較為飽滿(mǎn)，沒(méi)有捏縮現(xiàn)象，表現(xiàn)出良好的滯回性能;在加載后期，軸壓力對(duì)試件承載