CFRP-混凝土-鋼管組合柱軸壓性能的研究.pdf

1、近幾十年來，約束混凝土相關(guān)理論與實(shí)踐在對鋼管混凝土和FRP約束混凝土技術(shù)的研究和開發(fā)中得以發(fā)展和成熟。而世界各國土木建設(shè)的持續(xù)發(fā)展使得新材料、新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)的持續(xù)不斷地得以開發(fā)與應(yīng)用。FRP－混凝土－鋼管組合柱（hybrid FRP-concrete-steel double-skin tubular columns， HFDSTC）正是在這種背景下發(fā)展起來的一種新型的結(jié)構(gòu)形式。
　　本文基于鋼管混凝土柱、中空夾層鋼管混凝土柱和F

2、RP約束混凝土柱的相關(guān)研究成果，利用大型非線性有限元軟件ABAQUS對HFDSTC的軸壓性能進(jìn)行研究。研究內(nèi)容及其研究成果主要包括以下幾個方面：
　　(1)基于HFDSTC的截面特性和相互作用機(jī)理，選取合適的單元類型、材料模型和失效準(zhǔn)則，采取Teng等對HFDSTC試驗(yàn)的中幾何參數(shù)和材料參數(shù)，對其進(jìn)行有限元分析。從有限元分析的三者的主應(yīng)力矢量圖可以看出文中建立的有限元模型的受力特點(diǎn)與理論分析相同。同時將有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行

3、了比較，結(jié)果表明，文中建立的有限元分析模型對 HFDSTC的軸壓性能分析是可行的。
　　(2)對短HFDSTC的軸壓性能進(jìn)行了分析。分析中考慮了截面形狀、外包 CFRP厚度和彈性模量、內(nèi)鋼管的強(qiáng)度和厚度以及混凝土的強(qiáng)度等級對HFDST性能的影響，分析重點(diǎn)為 CC截面形式的組合柱。本文不僅對其荷載－位移特性進(jìn)行了分析，并且對CC截面形式的軸壓短柱的應(yīng)力沿徑向分布、組合柱的變形性能、鋼管應(yīng)力和CFRP應(yīng)力發(fā)展規(guī)律進(jìn)行了分析。文中還考慮

4、了中空截面的影響和倒角對矩形截面組合柱性能的影響。結(jié)果表明，各參數(shù)對組合柱的性能都有重要影響，但是CFRP參數(shù)對組合柱性能的影響最大，組合柱的強(qiáng)化特征受其控制；內(nèi)鋼管的存在保證了組合柱早期承壓剛度；倒角處理是改善方形截面柱性能的最有效途徑。文中還引入承載力提高系數(shù)和位移提高系數(shù)對 HFDSTC在不同影響參數(shù)下的性能給予評價，并且對 HFDSTC核心混凝土的強(qiáng)度和極限應(yīng)變進(jìn)行擬合，得到線性回歸公式。同時，對 HFDSTC的組合性能包括軸壓

5、剛度、承載力表達(dá)式和等效應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系表達(dá)式進(jìn)行了分析，給出了計(jì)算方法。
　　(3)對 CC截面形式的組合長柱的軸壓性能進(jìn)行了分析。分析中考慮了外包CFRP厚度和彈性模量、鋼管強(qiáng)度和厚度以及混凝土的強(qiáng)度等級對其性能的影響，并引入穩(wěn)定承載力系數(shù)對穩(wěn)定承載力作出評價。分析表明，大長細(xì)比組合柱對各參數(shù)的敏感性更強(qiáng)，而以長細(xì)比的影響最大。大長細(xì)比組合柱破壞形式為失穩(wěn)破壞，發(fā)生失穩(wěn)破壞時CFRP的強(qiáng)度得不到很好的發(fā)揮。因此對于大長細(xì)比組合柱