【摘 要】
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寒冷地区常年温度低于0℃,导致混凝土的制备及运输遇到极大困难,因此在该地区需要寻找一种可以替代混凝土的建筑材料,考虑到寒冷地区存在大量的冰资源,用冰来代替混凝土成为可行的选择。考虑到纯冰的破坏为脆性破坏,不利于结构的安全性设计,本文提出钢管和纯冰的组合构件并通过在纯冰中添加锯末来改善试件的力学性能。研究方形薄壁钢管冰短柱的轴压力学性能是研究其力学性能的基础工作之一。另一方面,纤维复合材料（Fibe
【基金项目】
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国家自然科学基金（51778102和51978126）； 国家重点研发计划项目（2017YFC0703000）； 上海市工程结构安全重点试验室开放课题（2018-KF04）；
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寒冷地区常年温度低于0℃,导致混凝土的制备及运输遇到极大困难,因此在该地区需要寻找一种可以替代混凝土的建筑材料,考虑到寒冷地区存在大量的冰资源,用冰来代替混凝土成为可行的选择。考虑到纯冰的破坏为脆性破坏,不利于结构的安全性设计,本文提出钢管和纯冰的组合构件并通过在纯冰中添加锯末来改善试件的力学性能。研究方形薄壁钢管冰短柱的轴压力学性能是研究其力学性能的基础工作之一。另一方面,纤维复合材料（Fiber-Reinforced Polymer,FRP）由于其具有轻质,高强和耐腐蚀等优点常被用来对混凝土梁进行抗弯加固,而FRP加固混凝土梁由于中部裂缝引起的FRP片材的剥离破坏由于无法通过锚固措施进行避免,对其进行深入研究是很有意义的。考虑到FRP与混凝土的粘结界面主要存在剪应力,目前常用梁式试验、单剪试验和双剪试验对其FRP-混凝土剪切性能进行研究,其中梁式试验的加载方式与工程状况最为接近,但较为复杂,单剪和双剪试验的操作较为简单,因此常用单剪或双剪的试验结果预测FRP加固混凝土梁的剥离破坏,但关于梁式试验,单剪试验和双剪试验其具体参数间的相互关系的研究较为缺乏。基于此本文对方形薄壁钢管冰短柱的轴压力学性能进行了试验研究并系统性的进行了梁式试验,单剪试验和双剪实验,研究其具体参数间的相互关系。具体研究内容如下:（1）对3个纯冰柱,3个锯末增强冰柱,9个方形薄壁钢管纯冰柱,9个方形薄壁钢管锯末增强冰柱和6个空钢管的轴压力学性能进行了试验研究,试验变量为钢管宽厚比和核心冰类型。试验结果表明:随套箍系数ξ的减小,方形薄壁钢管冰短柱的破坏模式从腰鼓形破坏向剪切形破坏转化;组合柱的弹性模量和轴压强度均随宽厚比的增加而减小;宽厚比相同时,方形薄壁钢管纯冰柱的弹性模量大于对应宽厚比的方形薄壁钢管锯末增强冰柱,但其轴压强度小于对应的方形薄壁钢管锯末增强冰柱。（2）对方形薄壁钢管冰短柱的应力-应变关系全曲线进行了较为系统的分析。基于试验数据提出了方形薄壁钢管冰短柱弹性极限应力和弹性极限应变的计算公式,该公式可以对试验结果进行较好的预测;提出了方形薄壁钢管冰短柱的轴压承载力公式,该公式可以对方形薄壁钢管纯冰柱和宽厚比较小的方形薄壁钢管锯末增强冰柱的承载力进行较好的预测,但对于宽厚比为100的方形薄壁钢管锯末增强冰柱的承载力预测较为保守。（3）对12个梁试件,12个单剪试件和12个双剪试件进行了试验研究,试验变量为试验类型和FRP片材种类,探究梁试件,单剪试件和双剪试件具体参数间的相互关系。试验结果表明:梁试件的破坏模式与单剪试件和双剪试件存在差异,为胶层与混凝土的剥离破坏和混凝土开裂导致的剥离破坏并存,加载过程中中部裂缝两侧的混凝土存在竖向相对错动是形成混合破坏模式的主要原因;粘贴不同FRP片材种类的梁试件、单剪试件和双剪试件的应变及剪应力分布规律均较为相似,其反映的界面传力区域均为从加载端逐渐向自由端发展。（4）对比FRP片材种类和试验类型对试件的粘结滑移关系的影响,结果表明由于破坏发生在混凝土层,FRP片材种类对试件的峰值剪应力和界面断裂能的影响可以忽略,峰值剪应力及界面断裂能从小到大依次为梁试件、单剪试件和双剪试件;将基于面内剪切试验的剥离承载力公式,粘结滑移本构模型及界面断裂能公式与梁试件的试验结果进行对比,结果表明基于面内剪切试验的模型并不完全适用于梁试件;考虑到基于面内剪切实验的相关模型可以对梁试件关于试验变量的发展趋势进行较好的预测,同时考虑到单剪试件和双剪试件间存在差异,对现有的基于面内剪切试验的相关模型进行修正,使其可以对梁式试验,单剪试验和双剪试验的试验结果进行较好的预测。
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