方-CFRP-钢管混凝土压-弯-剪力学性能试验研究

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混凝土的出现及发展迄今为止历经了两百余年,多年来众学者不断对混凝土及混凝土组合结构的性能进行研究,并取得了卓越成果。相对于传统钢筋混凝土结构,钢管混凝土作为一种新型的结构形式,因其承载力高、经济性优、更契合于结构工程中的安全性、适用性、耐久性的要求而被广泛应用于桥梁结构、工业厂房、军用建筑、超高层建筑等对材料性能有更高等级要求的结构建筑中。如世界跨度最大的钢管混凝土拱桥“重庆奉节巫山长江大桥”以及291.6米的世界级超高层建筑“深圳赛格广场大厦”等。随着对钢管混凝土研究的方兴未艾,学者们提出了玻璃纤维钢管混凝土、碳纤维钢管混凝土等新思路。碳纤维(CFRP)具有轻质高强,耐久性好等优良特性。将CFRP包裹在钢管外壁形成CFRP钢管内混凝土。目前对CFRP-钢管混凝土轴压性能、剪切性能、扭转性能的研究已经具备较高的深度与广度,而工程实际中,CFRP-钢管混凝土所受更复杂的力学状态如压弯剪等的力学性能研究却未曾见到。因此本文应用自行设计的试验加载装置,对18个CFRP钢管混凝土试件开展了压-弯-剪静力试验及滞回试验研究。在静力试验中对试验现象、剪力-剪切位移(V-Δ)曲线和剪应力-剪应变(τ-γ)曲线的特点以及钢管与CFRP的协同工作进行分析;在滞回试验中根据试验所得数据进行试验现象分析并做出V-Δ曲线、V-Δ骨架曲线、V-ε曲线以及强度退化、刚度退化、能量耗散效应曲线。结果表明:在静力压弯剪试验中,碳纤维层数对试件极限承载力有不多于10%的提升;对试件刚度、指标曲线形状几乎无影响;同等环境下,轴压比越大,试件弹性阶段越长,极限荷载越大且最先达到极限承载力;剪跨比增加,对试件弹性阶段最大承载力有极大提升。同时,在试验过程中以及曲线数据分析中,碳纤维与钢管混凝土共同受力变形表现出良好的协同作用效果。在滞回压弯剪试验中,CFRP钢管混凝土表现出良好的抗震性能。轴压比的改变,在试验前期弹性阶段对刚度几乎无影响,弹性阶段结束后轴压比越大试件刚度退化越小;轴压比增大在Δ/Δy后可以减小试件刚度退化;剪跨比越大,试件极限承载力越小,延性越大,刚度退化越大;碳纤维层数对试件吸耗能几乎无影响。本文及相应开展的工作为后续CFRP钢管混凝土复杂应力情况下的受力性能研究提供了试验依据,同时也为CFRP钢管混凝土更广泛应用于生产实际打下了基础。
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