±60°缠绕的纤维复材管约束混凝土短柱轴压试验研究

目前对于纤维复材(FRP)管约束混凝土的研究主要集中于FRP管纤维缠绕角为±90°或接近±90°的情况,对于其他纤维缠绕角研究较少。通过对18个纤维缠绕角为±60°的FRP管约束混凝土短柱在单调荷载下的轴压试验,对FRP管约束混凝土短柱的破坏形态、应力-应变曲线和承载力进行了研究,分析了FRP管厚度、混凝土强度的影响。同时进行了6个纤维缠绕角为±80°(纤维缠绕方向接近环向即±90°)的FRP管约束混凝土短柱在单调荷载下的轴压试验,以对比研究±80°纤维缠绕角和±60°纤维缠绕角的影响。试验研究结果表明:FRP管约束混凝土短柱的破坏形态与FRP管纤维缠绕角有关;FRP管纤维缠绕角、FRP管厚度和混凝土强度是影响FRP管约束混凝土抗压强度的重要因素;FRP管约束混凝土的极限应变主要与混凝土强度等级有关,且极限应变随着FRP管厚度的增加而增大。     

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。     

GFRP套管钢筋混凝土短柱轴压力学性能试验研究

为研究GFRP套管钢筋混凝土短柱的轴压力学性能,进行了22个GFRP套管钢筋混凝土短柱和6个无GFRP套管约束的钢筋混凝土短柱对比试验。研究了影响GFRP套管钢筋混凝土组合短柱轴压力学性能的主要因素,包括GFRP套管不同的受力方式、混凝土强度、纵筋配筋率等。试验结果表明:由于GFRP套管的约束,提高了核心混凝土的强度,增大了核心混凝土的变形能力;GFRP套管在不同的受力方式下,组合短柱的轴压承载力和变形基本相同;GFRP套管内配置纵筋可提高GFRP套管混凝土短柱的轴压承载力,适当提高纵筋配筋率可改善短柱的延性。根据试验结果及现有FRP管约束混凝土轴心抗压强度计算公式,建议了GFRP套管钢筋混凝土短柱承载力计算公式,计算结果与试验结果基本吻合。     

矩形耐候钢管混凝土轴压短柱受力性能研究

为了研究耐候钢管混凝土轴压短柱的受力性能,开展了矩形截面形式共4根耐候钢管混凝土轴压短柱试验研究,采用有限元法对试验轴压短柱性能进行了建模分析。结合试验和有限元法,分析比较耐候钢管混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱受力性能的差异。研究结果表明:耐候钢材拉伸性能试验表明耐候钢材与碳素钢的力学性能相似,文中采用的钢材本构关系对耐候钢适用;设置约束拉筋使得构件承载力、延性以及钢管对混凝土的约束作用均有提高;耐候钢管混凝土短柱试验研究、有限元分析结果均表明耐候钢管混凝土短柱轴压性能与普通钢管混凝土无显著差异。     

FRP约束钢管混凝土轴压构件力学性能研究

进行了9个钢管混凝土轴心受压构件的试验研究,对其中的6个构件包裹了纤维增强复合材料(FRP)。试验参数为钢管截面形状、截面尺寸和包裹FRP的层数。试验结果表明,FRP约束圆钢管混凝土可以较好地发挥FRP约束混凝土和钢管混凝土的双重优点,构件在具有较高承载力的同时还具有较好的延性。最后,提供了FRP约束圆钢管混凝土轴压构件承载力的简化计算公式。     

Behavior of concrete-filled rectangular weathering steel tubular stub columns under axially compressive loading

为了研究耐候钢管混凝土轴压短柱的受力性能,开展了矩形截面形式共4根耐候钢管混凝土轴压短柱试验研究,采用有限元法对试验轴压短柱性能进行了建模分析。结合试验和有限元法,分析比较耐候钢管混凝土轴压短柱与普通钢管混凝土轴压短柱受力性能的差异。研究结果表明：耐候钢材拉伸性能试验表明耐候钢材与碳素钢的力学性能相似,文中采用的钢材本构关系对耐候钢适用;设置约束拉筋使得构件承载力、延性以及钢管对混凝土的约束作用均有提高;耐候钢管混凝土短柱试验研究、有限元分析结果均表明耐候钢管混凝土短柱轴压性能与普通钢管混凝土无显著差异。     

FRP管实心混凝土柱承载力的轴压试验研究

为研究FRP管实心混凝土柱的受力性能,完成了10根柱的承载力轴压试验。参照试验结果分析了纤维铺设角度、混凝土强度对FRP管实心混凝土柱破坏形态、极限承载力和延性的影响。结果表明,柱的承载力随着纤维铺设角度的增大而减小,随着混凝土强度的提高而增大,但柱的极限应变均有所下降;FRP管实心混凝土短柱发生强度破坏,FRP管实心混凝土长柱发生失稳破坏。此外,试验得到的关系曲线还反映了FRP管实心混凝土柱的受力、变形情况,可为FRP管实心混凝土柱的深入研究提供参考。     

高轴压比CFRP约束钢筋混凝土圆柱抗震性能试验与有限元分析

为研究高轴压比下FRP约束钢筋混凝土圆柱的抗震性能,对6根碳纤维约束钢筋混凝土圆柱及2根对比柱进行伪静力试验。结果表明:塑性铰区包裹碳纤维可显著改善高轴压比柱的抗震性能,轴压比较高时不应忽略箍筋对核心混凝土的约束贡献。基于OpenSees中的纤维模型,对柱水平力-位移滞回曲线进行有限元模拟。轴压比小于0.45时,数值模拟与试验结果吻合较好;轴压比大于0.45时,考虑核心混凝土受箍筋及FRP双重约束的计算结果与试验结果更为接近。分析轴压比、FRP包裹长度等参数对约束柱抗震性能的影响,轴压比大于0.6时,FRP约束混凝土圆柱的水平承载力开始降低;FRP在塑性铰区的包裹长度为1.2倍柱直径时,可达到与全柱包裹相当的效果。     

内置FRP约束混凝土的方钢管混凝土轴压承载力

钢管混凝土FRP混凝土(SCFC)组合柱是新近提出的一种新型组合柱形式。提出考虑外钢管与FRP的双重约束效果,采用双剪统一理论分析了SCFC组合柱外钢管、外层混凝土、FRP管以及内层混凝土的应力状态,根据静力平衡条件得到了SCFC组合柱的轴压承载力计算公式,其与试验结果能够较好吻合。分析了含钢率、FRP与钢的相对配置率、FRP径厚比以及FRP管直径对轴压承载力提高系数的影响,结果表明:随着含钢率的增加、FRP与钢的相对配置率的提高以及FRP径厚比的减小,SCFC组合柱轴压承载力提高系数都有一定程度提高;内FRP管直径与外钢管边长之比在0.65~0.75之间时,轴压承载力增益效果较好。     

考虑尺寸效应的FRP约束混凝土轴压圆柱的本构模型和变参数研究

在现有标准试件的FRP约束混凝土本构模型基础上,提出了考虑尺寸效应的FRP约束混凝土轴压圆柱的本构模型。应用该模型对国内外大量不同尺寸的FRP约束混凝土轴压圆柱试件进行计算,计算曲线与试验曲线比较,结果整体吻合良好。表明所提出的本构模型不仅能考虑尺寸效应的影响,还对不同材质的FRP约束混凝土具有较好适用性。最后应用所提出的本构模型进行变参数研究。研究表明,在约束应力相同时,随试件尺寸增大,FRP约束混凝土轴压圆柱极限应力和极限压应变均下降。其下降幅度,随混凝土强度减少而增加。即FRP约束普通混凝土的尺寸效应较FRP约束高强混凝土明显。另外,混凝土强度相同时,约束应力较大(强约束)的FRP约束混凝土的尺寸效应比约束应力较小(弱约束)的FRP约束混凝土小。