方形截面碳纤维增强聚合物钢管珊瑚混凝土短柱轴压试验研究

对4个方钢管珊瑚混凝土短柱构件和13个碳纤维布增强方钢管珊瑚混凝土短柱构件进行了轴压试验。观察记录构件的受力全过程和破坏现象,得到了构件荷载-位移曲线和荷载-应变曲线。研究构件含钢率和外包碳纤维增强聚合物(CFRP)层数对构件极限承载力影响,并对这些影响给出了相应的机理分析,试验结果表明外包CFRP能够有效提高构件柱的承载力与核芯珊瑚混凝土的抗压强度和延性,CFRP方钢管珊瑚混凝土结构具有一定的工程应用价值。     

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。     

内置碳纤维复材圆管直径尺度对方钢管混凝土短柱力学性能的影响

为分析内置不同管径的碳纤维复材(CFRP)圆管对方钢管混凝土(CFSST)短柱轴压力学性能的影响,探索偏压短柱的失效原因,基于短柱轴压与双向偏压试验数据,剖解了双向偏压短柱,并使用ABAQUS软件对短柱进行了有限元计算。在验证有限元模型正确的基础上,计算和分析不同直径的CFRP管对轴压短柱极限承载力的影响,提出了内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱极限承载力提高度计算式。结果表明:增加CFRP管径尺度可以提高内置CFRP管的方钢管混凝土轴压短柱极限承载力;CFRP管破裂是偏心距较小的内置CFRP管的方钢管混凝土偏压短柱最终失效的直接原因;内置CFRP管的方钢管混凝土短柱极限承载力提高度计算式综合反映了CFRP管径尺度、CFRP约束效应系数、钢管约束效应系数等的影响;增加双向偏压短柱的偏心距,会导致内置CFRP管的方钢管混凝土双向偏压短柱的极限承载力降低;偏心距较大的短柱临近失效时,内核混凝土受压区减小,CFRP管可能不会发生纤维方向的断裂损坏。     

碳纤维增强复合材料筋活性粉末混凝土中长柱小偏心受压受力性能试验研究

为探究碳纤维增强复材(CFRP)配筋活性粉末混凝土(RPC)中长柱的偏心受压受力性能,对其进行了偏心受压静载试验,得到了CFRP配筋RPC柱的破坏形态、极限承载力、荷载-变形关系曲线以及CFRP筋与混凝土的荷载-应变分布曲线。试验结果表明:CFRP配筋RPC柱有较高的承载能力;试件因混凝土压碎而破坏;试件的侧向挠度沿柱高的分布接近正弦分布。     

CFRP布约束方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

基于16根CFRP布约束外包圆弧化砂浆面层方钢管混凝土(CFRP-circular arc cement mortar layer-square concrete-filled steel tube,C-C-SCFST)短柱轴压承载试验,研究了CFRP层数和外包圆弧化水泥砂浆面层(circular arc cement mortar layer,CAM)对C-C-SCFST柱承载力和变形的影响规律。试验结果表明:随方钢管外包圆弧化砂浆面层中部厚度的增加,构件竖向承载力有较大幅度的提高。CAM的存在使得CFRP布在方钢管角部应力集中得到一定程度缓解,试件总体受力特征类似于CFRP约束圆CFST柱,轴压极限荷载作用下内部SCFST柱发生剪切破坏导致外部CFRP布断裂。基于试验结果和现有规范提出C-C-SCFST短柱承载力计算式,计算结果与试验结果吻合良好。     

CFRP钢管-RPC短柱力学性能试验研究

以钢管直径、CFRP层数为试验变量,探究了CFRP钢管-RPC的破坏形态、荷载-位移曲线以及试验变量对CFRP钢管-RPC极限承载力的影响。结果表明,CFRP钢管-RPC短柱的破坏形态分为鼓曲破坏和剪切破坏两种,当CFRP钢管-RPC套箍系数较小时,多数构件呈剪切破坏;当CFRP钢管-RPC套箍系数较大时,多数构件呈鼓曲形破坏。当CFRP钢管-RPC套箍系数较小时,构件达到极限荷载后承载力快速下降,反之,构件承载力下降陡峭并有上升的趋势,类似于"屈服平台"。CFRP钢管-RPC短柱的极限承载力随着钢管直径增大和碳纤维布层数增多而增加,CFRP钢管-RPC短柱的荷载-位移全曲线可大致分为:弹性阶段、弹塑性阶段、荷载下降段以及强化阶段,部分构件存在着承载力持平阶段。     

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-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱试验研究

进行了以CFRP为套箍指标主导的大钢管径厚比CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的轴压试验,观察了其破坏形态与变形特征,测得了CFRP和钢管的荷载-应变关系曲线。分析了CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的荷载-变形曲线,探讨了套箍指标对试件受力性能和延性的影响,阐述了区别于普通CFRP-圆钢管混凝土轴压短柱的破坏过程。结果表明:CFRP-薄壁圆钢管混凝土轴压短柱的破坏形态为CFRP断裂引发钢管径向鼓曲破坏;在塑性上升阶段,CFRP能延缓钢管的屈服速率,同时CFRP被赋予一定的塑性,构件在这一阶段具备一定的加劲特征,而钢管混凝土试件呈现软化特征;CFRP套箍指标对构件的极限承载力和延性影响较大,钢管套箍指标的影响相对较弱。     

圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压试验研究

为研究圆CFRP-钢复合管约束高强混凝土短柱轴压受力性能,进行了6个CFRP-钢复合管约束高强混凝土（CFRP-steel composite tubed high-strength concrete,C-STC）柱和2个CFRP约束高强混凝土（CFRP-confined high-strength concrete,CC）柱、1个钢管约束高强混凝土（steel tubed high-strength concrete,STC）柱对比试件的轴压试验研究,得到了试件轴向荷载-位移曲线和CFRP及钢管的应变。结果表明：C-STC柱在轴压荷载作用下发生剪切破坏;约束模式对其前期刚度影响较小,相同CFRP层数的C-STC柱和CC柱的荷载-位移曲线第二线性段斜率近似相等;随着CFRP层数增多,短柱承载力和变形能力均能得到提高;钢管应力分析表明,STC柱钢管在峰值荷载附近屈服,C-STC柱钢管约在荷载-位移曲线第二线性段起点处屈服,钢材强度得到充分发挥。结合试验结果对已有文献中约束混凝土强度计算模型进行验证,并给出了建议的C-STC柱承载力计算式。     

CFRP钢管混凝土轴压长柱试验研究

通过18根CFRP钢管混凝土轴压柱和用于对比的6根钢管混凝土轴压柱的承载力试验研究,初步探讨CFRP钢管混凝土轴压柱的受力性能以及CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的提高效果。分析了CFRP约束效应系数和长细比对CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的影响。研究结果表明:在本次试验的参数范围内,CFRP可以有效提高钢管混凝土轴压柱的承载力;CFRP对钢管混凝土轴压柱承载力的抬高率近似随着CFRP约束效应系数的增加而增加、随着长细比的增加而减小,当长细比达到某一定值时,提高率为零。并根据试验所得到的长细比影响折减系数引入钢管混凝土的长细比影响折减系数,确定了CFRP钢管混凝土轴压柱承载力的计算方法,与试验结果比较吻合良好。     

配有钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土短柱轴压力学性能

为研究配有钢纤维活性粉末混凝土（RPC）免拆柱模的钢筋混凝土短柱的轴压力学性能与钢纤维RPC免拆柱模对核心钢筋混凝土短柱轴压承载力的提高效果,对2根配有不同壁厚钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土方形短柱和用于对比的1根普通钢筋混凝土方形短柱进行了轴压试验研究;采用有限元模型对试验结果进行了验证,根据试验结果及有限元分析结果,探讨了配有钢纤维RPC免拆柱模的钢筋混凝土短柱轴压承载力计算方法。结果表明:钢纤维RPC免拆柱模显著提高了钢筋混凝土短柱的极限承载力,且延缓了纵筋的屈服;随免拆柱模壁厚的增加,钢筋混凝土短柱轴向变形随之减小,极限承载力随之提高,延性也相对提高;免拆柱模不但限制了钢筋混凝土短柱在轴向压力作用下的侧向变形,而且间接减小了轴向变形;有限元计算结果与试验结果吻合良好,该计算方法可为工程实践提供参考。     

CFRP布对不同截面混凝土柱加固性能分析

为了探究碳纤维增强复合材料(CFRP)布对不同截面混凝土柱的加固性能,以条带用量、条带净间距、条带净宽等参数为控制变量,设计并制作了3组钢筋混凝土柱,第1组试件为方形截面柱,第2组试件为T形截面柱,第3组试件是在第2组试件的基础上,在翼缘与腹板转角处利用角钢对CFRP布进行锚固。通过对3组钢筋混凝土试件进行轴心受压试验,得到了试件极限荷载、轴向变形以及破坏形态等试验数据。采用有限元软件ABAQUS建立了一批CFRP布约束状态下的混凝土短柱,并对其力学性能进行了分析。根据试验数据及有限元分析结果,提出了CFRP条带约束状态下方形截面钢筋混凝土柱和角钢锚固CFRP条带约束状态下T形截面钢筋混凝土柱极限承载力的计算公式。结果表明：随着CFRP条带用量的增加,加固混凝土柱的承载力增大;当CFRP条带的用量相同时,极限承载力随条带净间距的减小而增大;使用角钢在T形截面柱的翼缘与腹板转角位置对CFRP条带锚固,可以更好地发挥出CFRP条带的抗拉强度,使混凝土柱的极限承载力有所提升。     

外贴CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压性能研究

通过对环向外贴碳纤维布（CFRP）加固不锈钢和普通钢方管短柱的轴压试验和数值模拟研究基轴压性能。结果表明,不锈钢和普通钢方管未加固短柱和加固试件的轴压破坏模式均为对称局部屈曲;CFRP布加固试件的轴压承载力与未加固试件相比均有明显提升,对于相同宽厚比的试件,4层环向加固的效果优于2层环向加固的;随着截面宽厚比的增加,试件的承载力提高百分比随之增加。同时,采用精细化有限元分析模型研究了不同宽厚比试件环向外贴CFRP布加固后的承载力;最后,基于受压薄壁截面的有效截面概念,提出了环向CFRP约束方管有效截面的假设,推导了环向CFRP布加固不锈钢和普通钢方管短柱轴压承载力的计算方法,并与本文试验结果、文献数据和有限元拓展参数模拟结果对比,验证了所提计算方法的有效性和适用性。     

Experimental research on concrete-filled square steel tubular slender columns with inner I-shaped CFRP under axial compression

对7个内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土长柱进行了轴压性能试验研究,得到了荷载-跨中挠度曲线和荷载-应变曲线,并分析了其受力过程及破坏特征。试验结果表明：内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱的破坏模式为弯曲失稳破坏。随着长细比的增大,试件的承载力降低。试件的荷载-挠度曲线可分为弹性段、弹塑性段以及下降段。采用ABAQUS有限元分析软件对内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能进行有限元模拟,模拟结果与试验结果吻合良好。在此基础上,分析了长细比、混凝土强度、钢材强度、含钢率和有无CFRP对组合柱受力性能的影响。分析结果表明,长细比对柱的受力性能影响较大,随着长细比的增加柱的承载力明显下降;提高混凝土强度可以提高柱的承载力,但延性有所降低;提高钢材强度和增大含钢率均可以提高柱的承载力;设置工字形CFRP型材可以提高柱的承载力和变形能力。     

公路隧道钢管混凝土拱架偏压长柱承载机理研究

通过对不同尺寸的钢管混凝土长柱进行偏压试验,对比分析了试验结果与数值模拟结果,主要研究了核心混凝土以及钢管的力学性能和破坏特征,研究结果表明:(1)钢管是影响钢管混凝土压弯承载力的主要因素,钢管的直径、壁厚与钢管混凝土长柱在偏压荷载作用下的承载能力有较大关联;(2)偏心距的增大会减小钢管混凝土长柱的承载力,但影响程度与钢管尺寸有关,钢管截面尺寸越小,偏心距对其承载力的影响越小;(3)钢管在承载时表现出明显的弹塑性特性,在达到极限承载力时,钢管弯曲部位由于受压屈服导致破坏;(4)核心混凝土在承载过程中主要承受压力。由于钢管对核心混凝土的约束效应,虽然核心混凝土已经进入塑性阶段,但在钢管的约束下仍有一定的承载能力;(5)在轴向压力作用下,钢管混凝土的破坏过程是整体达到屈服极限,但由于整体变形的差异导致弯曲破坏。     

圆钢管钢纤维活性粉末混凝土短柱轴压性能试验研究

为研究圆钢管钢纤维活性粉末混凝土（RPC）短柱的轴压性能,完成了7根外径219~273mm的圆钢管钢纤维RPC短柱轴压性能试验,分析了套箍系数、径厚比对轴压试件荷载-应变曲线和破坏特征的影响。结果表明：套箍系数ξ在0.63~0.88时,荷载-位移曲线在峰值荷载后出现下降段,短柱呈现剪切破坏模式;当ξ≥1时,在到达峰值荷载后,荷载下降幅度明显减小或出现回升趋势,短柱呈现腰鼓形破坏模式。在达到峰值荷载的85%之前,试件处于弹性阶段,钢管纵向应变大于横向应变;弹塑性阶段,钢管横向应变增加较快,其横向变形系数超过钢管的泊松比并逐渐增大,钢管对RPC的约束作用不断增强。随着混凝土抗压强度提高,其横向变形系数减小,钢管对核心区RPC约束效果降低。     

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。     

配有圆钢管的钢骨混凝土轴压短柱的极限承载力计算（Ⅰ）

针对钢管混凝土核心短柱轴压状态,采用汉基塑性全量理论对钢管进行极限承载力分析,得到屈服时钢管竖向应力对承载力的贡献,同时对核心混凝土采用Drucker-Prager屈服准则进行钢管约束下的承载力的计算分析.考虑配箍率对极限承载力的影响,提出了不同配箍率下的钢管混凝土核心短柱的极限承载力计算公式,并与现有试验数据进行对比,结果吻合良好,为钢管混凝土轴压短柱极限承载力的计算提供一种新的方法.