CFRP约束圆钢管混凝土短柱的轴压试验研究

发布时间：2020-09-23 09:25

　　钢管混凝土是钢材和混凝土组合而成的一种结构形式,结构内部混凝土受到钢管的约束作用后处于三向受压状态,强度得以提高,而钢管因为内部混凝土稳定性得以增强,钢管混凝土充分发挥了混凝土及钢管的相互作用,使构件的承载能力及延性得到了提高。近年来,随着超高层建筑及大跨度桥梁技术的发展,对主要受力构件的截面尺寸及承载能力提出了更高的要求,相比于普通强度的钢管混凝土构件,采用高强度及超高强度混凝土内填钢管,能有效地减小结构尺寸,降低其自重,并能提高构件的承载能力。研究发现钢管超高强混凝土可以利用钢管的约束作用增大混凝土的强度,显著提高超高强混凝土的延性。但因为超高强度混凝土脆性较大,导致钢管的约束效应降低,承载力提高程度较低,延性较差。而钢管的锈蚀问题更是钢管混凝土结构的一个通病。为了增强钢管高强、超高强混凝土的约束效应,同时提高其延性,本文结合以往的钢管高强、超高强混疑土以及CFRP约束混凝土的研究,提出了CFRP约束钢管超高强混疑土的概念,即利用CFRP外粘贴于钢管超高强混凝土结构,可增强钢管超高强混凝土的约束效应,增大构件承载力和延性的提高幅度,并能减少用钢量减轻结构自重,还可保护钢管,减轻钢管锈蚀的问题。本文以CFRP约束钢管混凝土为研究对象,开展了其轴压性能的研究,具体内容如下:(1)完成了6个圆钢管混凝土短柱及12个CFRP约束圆钢管混凝土短柱的轴压对比试验,研究了混凝土强度、约束系数、CFRP层数等参数的对试件力学性能的影响。研究发现CFRP约束圆钢管高强、超高强混凝土短柱的破坏形态易呈现为剪切破坏,此外碳纤维布可以较显著改善钢管超高强混凝土的延性。(2)在合理的计算假定基础上,推导了CFRP约束钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式。将推导公式和现有的其他三个计算公式对试验构件进行承载力测算,并与试验实测承载力进行了对比,发现此次推导公式的计算结果与试验值吻合较好。(3)用ABAQUS软件对试件进行了有限元模拟分析,通过与试验结果对比,建立了可用于分析CFRP约束圆钢管超高强混凝土轴压短柱的计算模型,为理论分析和工程实践提供了依据。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU398.9
【部分图文】：

图示意图如图 2.1，本次试验

材性,碳纤维,建筑科技,金属夹

条并浸渍粘贴胶，待胶硬化后在长条两端各粘贴 60mm×25mm×1.5mm 的金属夹具，在万能材性实验机上进行拉伸测试。测得 CFRP 的性能参数如表 2.7。图2.3 试验用 CFRP表2.7 CFRP 材性测试结果粘贴方式t(mm)Ef(MPa)ftk(MPa)极限应变u (με)单层 0.166 235000 3506 14300双层 0.322 235000 3506 —2.2.4 碳纤维浸渍粘贴胶采用浙江中固建筑科技发展有限公司生产的 DA-T 碳纤维浸渍粘贴胶，由 A剂和 B 剂组成，如图 2.4 所示。使用时 A 剂和 B 剂按照 5:2 的质量比均匀拌和而

碳纤维,钢管

放置直至胶水达到预期强度后才能进行试验，胶体在 CFRP 粘贴后一周左右时间达到稳定强度。图2.4 试验用碳纤维浸渍粘贴胶2.3 试验构件制作构件的制作分为如下几个步骤：（1）钢管：将钢板制成钢管时，使用卷扬机将钢板压制成标准的圆筒，严格控制钢管的均匀度，按照规范[37]要求满焊成形，之后在每个试件的底部焊上一块11mm 厚的钢底板，使底板和空钢管垂直对中。以确保构件在轴心受压试验时两端不出现偏心与应力集中现象。（2）浇筑混凝土：混凝土浇筑前对钢管内部进行除锈处理，浇筑核心混凝土时，首先将已搅拌均匀的混凝土从钢管顶部灌入，灌入完成立即将钢管放至振动台上振捣直至密实。混凝土浇筑完成后静置于结构实验室内，先撒水养护一周后自然养护至少 21 天。养护完成后在钢管中部四向粘贴应变花

【参考文献】