【摘 要】
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钢管混凝土具有强度高、抗震和抗火性能好、建造速度快等优点,在现代工程结构中有广泛的应用。其中,矩形钢管混凝土截面设计灵活、节点连接方便,在办公楼和住宅等钢结构建筑中的应用具有独特优势。对于高层和超高层建筑而言,钢管混凝土结构可以使用高强材料以避免截面面积过大,但高强钢材壁厚较薄的特点导致钢管混凝土柱脚处在地震作用下易发生向外局部屈曲,且高强混凝土延性较差的特点不利于结构发挥延性。碳纤维增强复合材料
【基金项目】
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国家自然科学基金（51808182）:矩形高强钢管混凝土柱抗震性能及FRP增强机理研究；
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钢管混凝土具有强度高、抗震和抗火性能好、建造速度快等优点,在现代工程结构中有广泛的应用。其中,矩形钢管混凝土截面设计灵活、节点连接方便,在办公楼和住宅等钢结构建筑中的应用具有独特优势。对于高层和超高层建筑而言,钢管混凝土结构可以使用高强材料以避免截面面积过大,但高强钢材壁厚较薄的特点导致钢管混凝土柱脚处在地震作用下易发生向外局部屈曲,且高强混凝土延性较差的特点不利于结构发挥延性。碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP）由于其轻质高强的特点,被用于约束钢管混凝土结构,以限制钢管局部屈曲。将CFRP引入高强钢管混凝土结构,对其局部屈曲问题的解决乃至进一步工程应用具有一定意义,但目前针对CFRP约束钢管混凝土抗震性能的研究仅侧重于采用普通强度材料的圆形截面钢管混凝土。为了解决上述问题,本文对CFRP约束矩形高强钢管混凝土柱的抗震性能进行了系统研究,主要工作和获得的成果如下:1.完成了10个矩形高强钢管混凝土柱在水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究了CFRP层数、约束方式、轴压比等参数对试件抗震性能的影响规律。结果表明:往复荷载作用下高强矩形钢管混凝土柱脚处出现了局部屈曲,CFRP可以有效限制钢管局部屈曲,从而提高试件在弹塑性阶段的刚度和承载力,增强试件耗能能力。2.利用ABAQUS建立了试件的有限元模型,将有限元模拟与试验的滞回曲线、骨架曲线、典型现象等进行对比,使有限元模拟与试验结果得到相互验证。基于试验和有限元模拟结果,对试件受力机理进行了分析,明确了CFRP约束对钢管局部屈曲的约束作用和对核心混凝土的增强作用。3.使用经过验证的有限元建模方法进行了抗震性能影响因素分析,研究了轴压比、宽厚比、钢材强度、混凝土强度、CFRP层数和CFRP约束区域高度对试件抗震性能的影响规律。4.提出了适用于CFRP约束矩形高强钢管混凝土柱的滞回曲线理论模型,考虑了宽厚比和CFRP约束对试件荷载位移曲线的影响,通过典型算例证明滞回曲线理论模型同试验结果吻合较好。结合本文研究结果,给出了CFRP约束矩形高强钢管混凝土柱的构造建议。
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