【摘 要】
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随着社会飞速发展,传统材料和结构已不能满足最新的基础建设需求,因此,各种新材料和新结构应运而生,通过各种性能优越的新材料进行组合,可以极大地提升结构的力学性能。近年来,FRP、钢、混凝土的组合结构已成为研究关注的焦点,已有的研究表明,将FRP与钢、混凝土等传统结构材料结合的创新结构形式具有高成本效益与高性能的优点,其中具有代表性组合柱的有FRP 约束钢管混凝土柱(FRP-Confined Conc
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随着社会飞速发展,传统材料和结构已不能满足最新的基础建设需求,因此,各种新材料和新结构应运而生,通过各种性能优越的新材料进行组合,可以极大地提升结构的力学性能。近年来,FRP、钢、混凝土的组合结构已成为研究关注的焦点,已有的研究表明,将FRP与钢、混凝土等传统结构材料结合的创新结构形式具有高成本效益与高性能的优点,其中具有代表性组合柱的有FRP 约束钢管混凝土柱(FRP-Confined Concrete Filled Steel Tube,简称 FCCFST)、FRP 约束型钢混凝土柱(Fiber confined steel-reinforced concrete column,简称 FCSRC)和 FRP-混凝土-钢双壁空心柱(Double-Skin Tubular Column,简称 DSTC)。目前,关于创新结构形式已有较多研究,但高强混凝土和高强钢等高性能材料运用到此类组合柱中的研究还很少。基于此,本文进行了 GFRP管-高强混凝土-高强钢组合柱的轴压力学性能研究,设置了钢材截面形式(十字型钢、钢管)、钢材强度(牌号Q345、Q460、Q690)、混凝土强度(普通混凝土、高强混凝土)及GFRP管层数(0、4、8)等参数,研究上述参数对结构强度、刚度、延性及各组成部分(FRP、混凝土、钢)相互作用方面的影响。本试验主要包括54个短柱,其中GFRP管-高强混凝土-高强十字型钢组合柱轴压力学性能部分共18个构件,包括12个FRP约束型钢混凝土柱(Fiber Confined Steel-reinforced Concrete Column,简称 FRSRC)、6个含钢素混凝土柱(Steel-reinforced Concrete Column,简称 SRC);GFRP管-高强混凝土-高强钢管组合柱轴压力学性能部分包括30个构件,包括 12 个 FRP-混凝土-钢双壁空心柱(Double-Skin Tubular Column,简称 DSTC)、12 个 FRP-混凝土-钢双壁实心柱(Double-Tube Concrete Column with an FRP External Tube and a Steel Internal Tube,简称DTCC)、6 个钢管混凝土柱(Concrete-Filled Steel Tube,简称CFST);两个部分的研究共同使用4个混凝土填充FRP柱(Concrete filled FRP tube,简称 CFFT)和 2 个素混凝土柱(Concrete column,简称CC)作为对照组。研究结果表明,在GFRP管-混凝土-高强钢材组合短柱中,钢材截面形式不影响GFRP管应变分布,高强钢材屈服发生得较晚,较普通强度钢材提高了结构的极限承载力和延性,延缓结构的膨胀速度;高强混凝土能提升结构的极限承载力和刚度,但降低了结构的延性,加快结构膨胀速度,其高脆性还会使GFRP管应变产生突变;GFRP管层数越多,结构的极限承载力和延性越大,膨胀速度越慢,变形能力越强,但对刚度无明显影响。相同钢材强度、混凝土强度、GFRP层数的条件下,GFRP管-混凝土-高强钢材组合柱的极限承载力顺序为:DTCC大于FCSRC大于DSTC;延性顺序为:DTCC大于DSTC大于FCSRC;膨胀速度顺序为:FCSRC大于DTCC大于 DSTC。研究结果还表明,GFRP管-普通混凝土-高强钢材组合短柱中GFRP管、混凝土及钢材之间组合效果由高至低为:DTCC大于DSTC大于FCSRC,其中DTCC结构组合效果良好,实际力学性能显著优于理论叠加力学性能,DSTC结构效果一般,FCSRC结构效果最次,高强混凝土构件中则为DTCC大于FCSRC大于DSTC。使用高强钢材和增加GFRP管层数都能提高上述结构的组合效应。
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