FRP-混凝土-钢双壁空心柱轴压徐变性能试验研究

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FRP(Fiber reinforcement polymer,简称FRP)是一种轻质、高强、耐腐蚀的高性能材料。FRP-混凝土-钢双壁空心管柱(FRP-concrete-steel double-skin tubular column,简称双壁空心柱或DSTC)是由外包FRP管、内钢管以及两者中间填充的混凝土三部分组成。这种新型结构截面的组合形式能够充分发挥FRP、钢材和混凝土三种材料的优势。在DSTC中,FRP的作用在于能够对夹层混凝土起到很好的约束作用,同时能够起到耐腐蚀保护壳的作用、还能作为施工模板。内钢管不仅能够提供轴向承载力,同时还能够对夹层混凝土起到约束作用。夹层的混凝土受到约束后,强度及变形能力得到大幅提升,同时也能够防止钢管过早向外局部屈曲。目前,国内外学者已经对双壁空心柱的短期力学性能有了深入的研究,但关于其长期荷载作用下的力学性能研究还未见文献报导。当双壁空心柱应用于实际工程结构中的受力构件时,DSTC在持载下的长期力学性能是值得深入研究的重要科学问题。在此背景下,本硕士课题开展研究了50个大尺寸试件的轴压持载下的徐变性能,并进行了持载后(250天)的轴压力学性能试验。研究了一系列重要参数,如混凝土的种类、FRP管厚度、钢管厚度、轴压比、构件形式[素混凝土柱、CFFT(Concrete-filled in FRP tubes,简称CFFT)及DSTC]、构件增强方式(即是否有抗剪栓钉及钢筋网)、持载方式等对DSTC的徐变行为及持载后的轴压力学性能的影响。基于本文的研究结果,可以得出如下主要结论:(1)各试件内混凝土收缩变形大小为素混凝土柱大于CFFT,CFFT大于DSTC。(2)各试件徐变发展趋势均为前期发展迅速然后趋于平缓,其中DSTC试件稳定速度最快,一般在30天内徐变变形基本稳定,与使用普通混凝土(Normal concrete,简称NC)或自密实混凝土(Self-compacting concrete,简称SCC)无关。(3)在钢管外侧布置抗剪栓钉这一构造措施能减少徐变;可能原因在于,布置抗剪栓钉能够使混凝土徐变发生时,其荷载能更有效地向钢管转移(重分布)。(4)在本研究的轴压比范围内(0.3和0.4),长期持载使部分CFFT与DSTC试件的承载能力及变形能力有增加的趋势,但是影响非常有限。(5)持载试件均比未持载对照试件的初始刚度要高,导致这一现象的原因可能是经过长期持载的试件内部混凝土在外荷载作用下产生徐变,其与FRP接触面产生了压应力,致使FRP管在加载前期提供的约束较大或是使FRP管更早地提供了约束,即使FRP管一定预应力效果。
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