FRP-钢-混凝土组合柱的研究现状

纤维增强聚合物(FRP)复合材料作为约束材料,已在组合柱中得到了大量研究与应用.其中组合形式主要包括FRP-混凝土-钢混合双管柱、FRP钢管混凝土柱以及FRP型钢混凝土柱.通过回顾和总结近几年国内外对于上述3种组合柱的研究成果,详细分析了组合柱的力学性能,并研究了各种组合柱的受力特点及组合柱中FRP、钢和混凝土3种材料之间的相互作用机理.结果表明:虽然针对FRP-钢-混凝土组合柱已进行了大量试验研究,但理论研究尚不成熟,今后的研究应基于理论分析与试验研究相结合,对FRP-钢-混凝土组合柱进行透彻研究,同时还需有效结合3种材料进行截面设计,从而提高组合柱的力学性能.     

FRP约束混凝土柱的研究现状与展望

从力学性能、耐久性、对性能不足混凝土柱的修复和加固、数值模拟以及FRP-混凝土-钢新型组合柱等方面对近几年来纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱的研究现状进行了介绍,针对其中存在的问题给出了相应的建议并探讨了今后可能的发展趋势,以期促进FRP约束混凝土柱在结构工程领域研究和应用工作的开展.     

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-圆钢管混凝土柱受剪性能试验研究

通过12根FRP-圆钢管混凝土试件和1根圆钢管混凝土对比试件的抗剪试验,研究环向包裹FRP布时圆钢管混凝土柱的受剪性能,分析了剪跨比、轴压比、含钢率、混凝土强度、FRP布层数等对FRP-圆钢管混凝土柱受剪性能的影响。研究结果表明,从开始加载至FRP布断裂,FRP布和钢管保持协同工作,FRP-圆钢管混凝土柱具有良好的变形能力。剪跨比和含钢率显著影响FRP-圆钢管混凝土柱的受剪承载力,FRP-圆钢管混凝土柱受剪承载力随剪跨比的增大而减小,随含钢率的增大而增大。增加FRP布层数、提高混凝土强度和增大轴压比均可小幅度提高FRP-圆钢管混凝土柱的受剪承载力。在试验研究的基础上,提出了FRP-圆钢管混凝土柱受剪承载力计算式,得出的计算结果与试验结果吻合较好。     

FRP-钢复合管约束UHPC轴压短柱试验研究

对10个FRP-钢复合管约束UHPC短柱和4个钢管约束UHPC短柱进行了轴心受压试验,分析了钢管厚度、FRP层数和种类对FRP-钢复合管约束UHPC短柱轴压力学性能的影响规律。研究结果表明:随着钢管厚度增加,FRP-钢复合管约束UHPC短柱的极限荷载和强化阶段的平台强度均增大;增加FRP层数可以提高短柱的极限荷载和对应轴向变形;钢管厚度和FRP层数相同时,与GFRP相比,CFRP对短柱承载力的提高幅度较大;FRP与钢管黏结较好时,FRP与钢管能够协同工作。     

纤维增强复材-混凝土-钢管组合实心方形短柱轴压承载力分析

以纤维增强复材(FRP)-混凝土-钢管组合实心方形短柱为研究对象,根据夹层混凝土受到约束作用的不同,将其划分为有效约束区和非有效约束区;同时考虑夹层混凝土受到的双重约束,将方形纤维增强复材布转化为圆形FRP布。基于统一强度理论,考虑中间主应力、材料拉压比以及倒角半径的影响,推导得到FRP-混凝土-钢管组合实心方形短柱的轴压承载力计算式。将理论计算结果与相关文献试验结果对比,吻合良好,证明了算式的正确性和合理性。对影响因素的分析表明:轴压承载力随中间主应力系数、侧压系数的增加而变大,随着倒角半径的增大先增大后减小,随着钢管径厚比的增大而减小。     

新型组合结构柱的性能研究

近年来,作者针对一些新型的组合结构柱开展了一些研究工作,这些新型组合柱包括薄壁钢管混凝土、中空夹层钢管混凝土、FRP约束钢管混凝土及FRP约束混凝土柱等。本文在简要归纳和总结有关研究结果的基础上,分析这些新型组合柱的工作性能及其特点,以期为有关研究工作提供参考。     

FRP混凝土组合柱研究进展综述

近些年,FRP-混凝土组合结构在实际工程中的应用日益增多,这种新型的组合构件较传统构件具有更多性能上的优势。本文总结了近些年关于FRP-混凝土组合柱的研究进展,对各种组合形式进行介绍,并对FRP-混凝土-钢管新型组合柱进行重点论述。综述了该种类型柱的提出背景,研究进展,主要研究结论,并对后续研究提出建议。     

纤维增强复合材料-混凝土-钢双壁空心管短柱的轴压承载力

采用双剪统一强度理论对新型构件纤维增强复合材料（FRP）-混凝土-钢双壁空心管短柱的轴压承载力进行研究,通过考虑中间主应力及相应面上正应力的影响,忽略外层FRP套管对短柱轴力的贡献而只考虑套管对混凝土的套箍作用,提出FRP-混凝土-钢双壁空心管短柱的轴压承载力公式,并对影响因素进行分析。经比较,计算结果与相应文献的试验...     

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。     

FRP组合桥梁结构抗震性能研究

参照一座钢筋混凝土(RC)三跨预应力简支梁桥设计了一座FRP组合结构桥(FRP桥)。该桥由GFRP管约束混凝土墩柱(CFFT柱)和FRP-混凝土组合桥面所组成。基于OpenSees计算平台,分别选用一条远场地震记录和近场地震记录对RC桥和FRP桥进行了非线性时程分析。在均满足规范要求的前提下,FRP-混凝土桥梁的质量和刚度均小于RC桥梁,其竖向变形大于RC桥梁,自振频率高于RC桥梁。在顺桥向和竖向地震共同作用下,FRP-混凝土桥梁的位移反应、支座变形、内力、截面应变等均小于RC桥。     

GFRP-再生混凝土-钢管组合柱轴压力学性能试验研究

FRP管-再生混凝土-钢管组合柱作为一种新型组合构件,由外FRP管、内钢管以及两管之间填充的再生骨料混凝土3部分组成,其中再生骨料混凝土的应用,有利于促进建筑结构的绿色化、节能化。通过对21根这种组合柱进行单调轴压试验,研究不同再生骨料替代率及不同FRP管厚度对这种组合结构的轴压力学性能的影响。试验结果表明,该新型组合柱相比于填充普通骨料的双管柱承载力有所下降,但延性却有明显提高,有利于抗震;再生骨料替代率为30%的双管组合构件力学性能较好;同时,相比于FRP约束实心组合柱,再生骨料的双管空心柱也表现出良好的约束效果。     

FRP约束混凝土性能研究综述

FRP具有较高的强度和弹性模量,近年来在中国的发展非常迅速,从20世纪70年代中国对FRP材料探索研究,到20世纪80年代在土木工程领域中尝试性应用,再到如今大规模应用。其中FRP约束混凝土是其中一种较广泛的应用。主要从FRP约束混凝土的试验研究、FRP约束混凝土柱的强度模型、环境对FRP与混凝土组合结构影响三方面阐述FRP与混凝土组合结构的研究现状,最后,结合目前FRP与混凝土组合结构研究现状,提出可继续深入研究的方向。     

FRP-高强混凝土-带肋高强钢管双壁空心柱抗震性能试验研究

纤维增强复合材料（FRP)-混凝土-带肋钢管双壁空心柱（R-DSTCs)是由外部FRP管、内部带肋钢管以及夹层填充的混凝土组合而成的新型组合柱,钢管中的加劲肋能够有效延缓钢管的向内屈曲,提高传统FRP-混凝土-钢双壁空心柱（DSTCs）的承载能力和变形能力。本研究开展了3个DSTCs试件（2个R-DSTCs和1个DSTCs）的拟静力试验,揭示了钢管带肋数量对R-DSTCs抗震性能的影响。同时为充分发挥该组合柱轻质高强的性能,在柱中使用了Q690高强钢管和C60高强混凝土。研究结果表明,R-DSTCs具有优异的抗震性能,钢管上的加劲肋能够有效提升R-DSTCs的承载力、刚度和耗能能力。     

FRP管-混凝土-钢管组合柱力学性能的试验研究和理论分析

FRP管-混凝土-钢管组合柱(DSTC)是一种新型组合构件,由FRP外管、钢内管以及两者之间填充的混凝土三部分组成,三种材料的协同互补和共同工作使该组合柱具有许多优于现有组合构件的力学性能。本文阐述了该新型组合构件的截面形式,介绍了构件轴心受压和四点弯曲试验的结果,并分析和探讨了其力学性能。试验结果表明,尽管DSTC内部空心,但FRP外管仍然可以对混凝土提供有效的约束,使构件具有良好的延性。基于轴心受压试验所得到的应力-应变曲线,对受弯构件进行了截面分析,分析结果与试验结果基本吻合。     

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。     

FRP-混凝土-钢管组合方柱轴心抗压试验研究

通过6个 FRP-混凝土-钢管组合方柱的试验研究,考察在轴心受压情况下,组合柱内混凝土的受力性能。结果表明：组合柱在加载后期表现出了良好的延性,且由于内、外管的双层约束,组合柱中混凝土强度均得到了一定程度的提高。通过分析本文和国内外相关试验结果,提出了 FRP-混凝土-钢管组合方柱中混凝土的峰值应力和峰值应变的计算公式,经验证计算值与试验值吻合较好。     

纤维增强复合材料-钢复合管混凝土受弯构件的试验研究

为研究纤维增强复合材料（FRP）-钢复合管混凝土受弯构件的力学性能,对1根钢管混凝土受弯构件和2根FRP-钢复合管混凝土受弯构件进行试验,其中,FRP-钢复合管混凝土受弯构件分别为2层CFRP与钢管复合和1层CFRP＋2层BFRP与钢管复合。结果表明,FRP能够提高钢管混凝土受弯构件的极限承载力,使复合管试件产生钢管屈...     

FRP管混凝土组合柱的研究现状与展望

FRP管混凝土组合柱具有良好的耐腐蚀性能、抗震性能、节约模板等优点,在各种结构中具有广泛的应用前景。除常规的FRP管混凝土柱外,还包括FRP管钢筋混凝土柱、FRP管钢骨混凝土柱以及FRP管-混凝土-钢管组合柱。本文回顾了FRP管混凝土组合柱的发展过程和研究现状,包括轴压、偏压状态下的力学性能、抗震性能等方面的研究,并提出了需进一步深入研究的问题。     

FRP-混凝土-钢管组合柱滞回性能数值分析

在确定各材料应力-应变关系的基础上,采用纤维模型法对FRP-混凝土-钢管组合柱在往复荷载作用下的滞回性能进行了数值模拟,建立了FRP-混凝土-钢管组合柱滞回模型。算例分析结果表明,有限元计算和试验结果总体上吻合良好。