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。     

内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土长柱轴压性能试验

为了研究内置碳纤维复合材料(CFRP)圆管的方钢管高强混凝土长柱的力学性能,对4根内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土柱和4根方钢管高强混凝土柱进行了承载力对比试验研究,绘制了荷载-变形曲线,并对内置CFRP圆管的方钢管高强混凝土轴压长柱的力学性能进行了全过程分析.结果表明:在含钢率相同的条件下,随着长宽比的增大,相同CFRP层数的方钢管高强混凝土柱承载力有所降低;随着CFRP层数的增加,在长宽比相同的情况下,方钢管高强混凝土柱承载力有显著提高;对核心混凝土的约束效应增加,延缓了构件的屈服时间;CFRP层数对试件的承栽力影响更为显著.     

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。     

长径比对CFRP-钢管混凝土轴压柱承载力的影响

对16个圆CFRP（碳纤维增强塑料）钢管混凝土轴压柱和8个普通圆钢管混凝土轴压柱进行了极限承载力的试验研究。根据试验结果,分析了CFRP对钢管混凝土轴压柱的增强效果以及构件长径比对极限承载力的影响。应用计入CFRP影响的钢管混凝土柱压曲极限承载力的近似理论公式,计算出不同长径比的轴压构件的压曲破坏临界荷载,并分析了弹性失稳和塑性失稳的长径比界限值。通过将理论计算结果与试验数据比较,得出了近似公式的应用范围。研究表明,柱体的长径比对CFRP钢管混凝土结构的承载力影响显著;CFRP的存在对提高轴压极限承载力起到了重要作用,而对弹性与塑性失稳的界限长径比值无显著影响。     

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。     

内置CFRP圆管的方钢管混凝土中长柱偏压试验

通过对10根内置碳纤维复合材料(CFRP)圆管的方钢管高强混凝土柱和4根方钢管高强混凝土柱的承载力进行对比试验,分析了CFRP含量、偏心距和长细比等参数对试件性能的影响.结果表明:在长细比相同的条件下,随着偏心距的增大,相同CFRP含量的方钢管高强混凝土柱承栽力降低;在长细比和偏心距相同的情况下,随着CFRP含量的增加,方钢管高强混凝土柱承载力有显著提高,对核心混凝土约束效应增加,增强了构件的延性;随着长细比的增大,相同CFRP含量和相同偏心距的方钢管高强混凝土柱承载力降低.试验结果为进一步分析和推导承载力公式打下了基础.     

圆截面碳纤维增强聚合物-钢管混凝土压-扭性能研究

为探究圆截面碳纤维增强聚合物(CFRP)-钢管混凝土在压-扭荷载作用下的力学性能,结合8个CFRP-钢管混凝土试件进行压-扭静力加载试验,对试件的试验现象、扭矩-转角曲线、钢管与碳纤维的协同工作以及平截面假定进行了探讨;应用有限元软件建立模型进行对比,模拟结果与试验结果相吻合;以上述研究为基础,对构件进行了受力全过程分析;参数分析的结果表明,横向碳纤维层数、混凝土强度和含钢率对扭矩-转角曲线的形状无明显影响;横向碳纤维层数、钢材屈服强度、混凝土强度和含钢率的增加可以提高构件的承载力,适当的轴压比也可以提高构件的承载力;基于性能分析结果,得出圆截面CFRP-钢管混凝土的压-扭极限承载力方程,通过验证可知与试验结果拟合良好。     

CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力性能研究

进行16个CFRP约束方钢管混凝土轴压短柱的静力试验。试验结果表明,试件的破坏属于强度破坏,CFRP延缓了钢管的屈曲,受约束混凝土具有良好的塑性填充性能,CFRP的增加和混凝土强度等级的提高可以提高试件的承载力和刚度。钢管与CFRP可以协同工作。试件的荷载-应变曲线可以分为弹性阶段、弹塑性阶段和下降段。给出受约束混凝土的应力-应变表达式,模拟试件的荷载-应变曲线和变形模态,计算结果与试验结果吻合良好。     

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。     

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。     

内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能研究

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。     

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。     

CFRP加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

利用有限元模型对碳纤维增强聚合物（carbon fiber reinforced polymer,CFRP）加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱力学性能进行了研究。介绍了利用有限元实现轴压条件下CFRP加固承载状态下含腐蚀圆钢管混凝土短柱的建模方法。随后分别与两项试验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。基于验证后的有限元模型对CFRP加固承载状态下含腐蚀的圆钢管混凝土轴压短柱力学性能进行了参数分析。参数包括初始承载率、腐蚀角度、腐蚀深度、腐蚀长度以及CFRP层数。研究发现：CFRP能够提高钢管中部横截面屈服时构件的荷载,并且对极限承载力有明显提升;初始承载率的增大会导致在钢管中部横截面屈服时构件轴向荷载的降低,但对极限承载力并无显著影响。     

CFRP方钢管再生混凝土短柱轴压试验研究

进行了6根CFRP方钢管再生混凝土短柱和2根方钢管再生混凝土短柱的轴压性能试验。研究了再生粗骨料取代率、CFRP包裹层数对CFRP方钢管再生混凝土短柱受力性能的影响。试验结果表明,CFRP方钢管再生混凝土短柱的承载力随着再生粗骨料取代率的增加而降低;增加CFRP包裹层数,其试件承载力变大。     

内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土偏压短柱有限元分析

采用非线性有限元软件ABAQUS对内置CFRP工字形型材的方钢管混凝土偏压短柱进行模拟,得到了典型构件的荷载-跨中挠度曲线,分析了构件在偏压荷载作用下的力学性能,探究偏心率、含钢率、钢材强度和混凝土强度对构件受力性能的影响规律。分析结果表明:偏心率对构件的受力性能影响最为明显;随着偏心率的增大,构件的初始刚度和承载力均明显降低;随着含钢率、钢材强度和混凝土强度的增大,构件荷载-跨中挠度曲线的弹性阶段变化不明显,构件的承载力增大。     

轴心受压钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的力学性能研究

对钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴压力学性能进行了试验研究和理论分析。通过13根短柱试件的轴压试验,研究了混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对该组合柱受力性能的影响。试验结果表明,方钢管、混凝土和钢骨的协同工作使该组合柱具有很高的承载力和很好的延性,其中方钢管的宽厚比是影响核心混凝土强度提高的主要因素,而混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对构件延性的提高均具有显著影响。在试验研究的基础上提出了核心约束混凝土的应力-应变模型,并利用该模型对钢骨-方钢管自密实高强混凝土轴心受压短柱的荷载-轴向变形关系曲线进行了计算,计算得到的极限承载力和峰值荷载后的变形规律均与试验结果吻合良好。该模型还可用于抗震结构中组合柱弯矩-曲率关系曲线的分析。     

CFRP钢管短柱的设计

对圆截面钢管短柱外部粘贴的碳纤维增强复合材料(CFRP)进行设计和试验。CFRP能对构件进行加强,除了质量轻,高强CFRP片还能起高度约束作用,从而延缓薄钢壁的屈曲。对10根外贴横向及纵向CFRP片的冷弯型钢管短柱进行轴压试验。结果表明:通过纤维增强,钢管轴向承载力得到提高。评价钢材屈服强度、横向纤维弹性模量、纤维数量及布置对构件的加强效果。基于现有钢柱设计规范,计算可反映组合型钢-CFRP管状短柱承载力的设计曲线。结果表明:在使用纤维增强复合材料(FRP)加强或改进管状柱时,采用这些曲线很方便。     

八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能的研究

在总结圆中空夹层钢管混凝土和方中空夹层钢管混凝土柱受力性能与工程应用优缺点的基础上,提出采用八边形中空夹层钢管混凝土结构的合理性。对八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能进行试验分析,得到构件各组成部分的荷载-应变关系曲线和极限承载力值,由试验现象与试验结果发现八边形截面中空夹层钢管混凝土柱的承载能力比方形截面柱承载能力高,比圆形截面柱承载能力稍低,且与八边形直边与斜边之比相关。为拓展此类构件应用的几何尺寸范围,在确定材料合理的应力-应变关系模型后,采用有限元方法进一步分析此类构件的力学性能,由此得到的荷载-应变关系曲线以及构件承载力与试验结果能较好地吻合。通过对影响构件承载能力各主要参数的分析,利用试验与数值模拟结果,提出轴压条件下八边形中空夹层钢管混凝土短柱极限承载力的计算公式,供工程设计人员参考。     

碳纤维增强复材包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的轴压性能分析

为获悉带脱空缺陷圆钢管混凝土柱在碳纤维增强复材(CFRP)包裹下的轴压性能和受力机理,通过建立轴压下CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的有限元模型,分析了轴压下CFRP分别包裹均匀脱空和球冠形脱空圆钢管混凝土柱的力学性能,讨论CFRP强度、包裹方式和包裹层数等参数对不同脱空形式下构件力学性能的影响,揭示了轴压下CFRP包裹脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的受力机理和破坏模式。分析两种脱空形式下构件的典型轴压荷载-轴向位移曲线表明:CFRP包裹带脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的变形能力有较高的提升,包裹层数和CFRP材料强度的增加均能明显提高脱空缺陷圆钢管混凝土短柱的轴压承载力。     

钢管混凝土复合短柱轴压性能试验研究

钢管混凝土复合柱由钢管混凝土柱肢和钢筋混凝土联接板组成。以柱肢钢管壁厚和联接板厚度为试验参数,对7个复合短柱试件进行轴压性能试验研究,同时进行了与复合柱试件组成相对应的4个钢管混凝土柱构件和3个钢筋混凝土板构件的轴压试验。研究复合短柱在轴压荷载作用下的破坏模式和荷载 位移曲线,对比分析试件与对应构件的荷载 应变曲线,研究柱肢钢管壁厚和联接板厚度对复合短柱轴压承载力的影响。试验结果表明：轴压复合短柱受力全过程分为弹性阶段、弹塑性阶段和塑性发展阶段;轴压复合短柱的破坏特征为钢筋混凝土联接板混凝土压碎,此时钢管混凝土柱肢的受力状态与对应的钢管混凝土构件的受力状态不同,钢管混凝土柱肢并没有充分发挥其自身的承载能力;在复合短柱的轴压承载力计算中应引入柱肢承载力折减系数,该系数与柱肢套箍系数相关;通过对现有的钢管混凝土轴压短柱的试验数据进行回归分析,拟合得到柱肢承载力折减系数的经验计算公式;按照建议方法计算得到的复合短柱的轴压承载力与试验结果吻合良好。