CFRP-钢复合管约束型钢高强混凝土轴压短柱力学性能

发布时间：2020-03-28 04:37

【摘要】：近年来,FRP复合材料被广泛应用于现有结构的加固及新建结构中。与传统的建筑材料相比较,FRP复合材料有明显的优点,包括高比强度及优良的耐腐蚀性能。钢管约束型钢混凝土柱是将钢管外包于型钢混凝土柱,钢管主要起约束核心混凝土的作用,并不直接承担轴向荷载。本文针对钢管约束型钢混凝土结构(特别是桥墩柱)在海洋等特殊环境中的耐久性需求,将FRP复合材料与钢管约束型钢混凝土结构相结合;同时为了打破以往研究对混凝土强度的局限性,采用C80高强混凝土,形成FRP-钢复合管约束型钢高强混凝土短柱,采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的方式,对其轴压短柱的力学性能进行了深入分析,具体工作如下:(1)以截面形式,外包碳纤维层数,加载模式为主要参数,分别进行了7个圆形截面和7个方形截面CFRP-钢复合管约束型钢混凝土短柱的轴压试验。通过分析试件的破坏模式、承载力、延性等,得到了试件的宏观变形情况、荷载-纵向位移关系曲线,深入剖析了各参数对试件承载力及延性的影响,探究了CFRP布在不同截面形式和加载模式下发挥的约束效果。试验及分析结果表明,圆形截面和方形截面CFRP-钢复合管约束型钢高强混凝土短柱在轴压作用下均发生剪切破坏。(2)根据试验中测得的试件外表面(钢管/CFRP布)的横向应变和纵向应变,采用数值分析的方法得到了试件的变形能力-纵向位移关系曲线,进行了复杂受力状态下钢管的应力全过程分析,钢管、CFRP和混凝土之间的约束应力分析,以及核心混凝土的应力分析。通过对CFRP-钢复合管约束型钢高强混凝土短柱各部分受力性能的对比分析,对钢管、型钢、CFRP和混凝土之间的相互作用机理获得了更加深刻清晰的认识。(3)利用有限元程序(ABAQUS),建立了圆CFRP-钢复合管约束型钢混凝土轴压短柱的有限元模型,通过相关的试验结果验证了有限元模型的可靠性。进行了钢管含钢率、钢管屈服强度、混凝土轴心抗压强度和FRP层数这四个变量的参数分析,确定了以上参数对构件力学性能的影响,讨论了FRP约束效果与其他因素的关系,为工程设计提供了有益指导。在试验研究和数值模拟的基础上,回归得到了适用于圆FRP-钢复合管约束型钢高强混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式,通过本文及他人的试验结果验证了理论计算公式的可靠性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9

【参考文献】