竹筋CFRP箍筋混凝土短柱轴压力学性能的试验研究

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钢筋混凝土因其自身良好的性能在建筑中得到了广泛应用,但是随着城市的重新规划建设,它所造成的建筑垃圾也对环境产生了不良影响;另外,生产钢材产生的废气、废水和废渣严重的污染了环境,钢筋锈蚀也给建筑造成了严重的危害;再加上我们越来越重视环境的保护,开始提倡低碳环保建筑,因此专家学者们开始寻找新型的绿色建筑材料。竹子因为抗拉强度高、生长周期快、再生能力强、造价低等优点得到了大家的关注。我国对于竹子物理力学性能的研究已经很透彻了,而对于竹筋混凝土构件的研究尚未开始,国外也仅限于钢筋箍筋的竹筋混凝土梁和柱的研究。本文以取代钢材在建筑中的使用为目的,提出了以竹筋作骨架,以抗拉强度高、耐腐蚀性好的碳纤维作箍筋的竹筋CFRP箍筋混凝土短柱,主要从两大方面进行了研究:一是与素混凝土柱和钢筋混凝土柱的对比分析,二是分析配筋率、箍筋类型、箍筋间距对竹筋混凝土柱轴心受压力学性能的影响,由此进行了如下几方面的工作:(1)通过15根混凝土短柱的轴心受压试验研究,在承载力、延性和破坏特征方面将竹筋混凝土短柱与钢筋混凝土短柱和素混凝土短柱进行了对比分析。得到的结论是:竹筋混凝土柱与钢筋混凝土柱的破坏过程相同,竹筋混凝土柱的承载力明显高于素混凝土柱,在相同配筋率下其承载力虽没有钢筋混凝土柱的承载力高,但表现出更好的延性。(2)通过对12根竹筋混凝土柱的研究,分析了配筋率、箍筋类型和箍筋间距对其承载力和延性的影响。得到的结论是:竹筋混凝土柱的承载力和延性并不完全随配筋率的增加而增加,配筋率过小或过大其承载力和延性都会下降,最适宜的配筋率范围是3%左右;箍筋强度的增加和箍筋间距的减小对竹筋混凝土柱承载力和延性提高有着显著的影响;CFRP箍筋竹筋混凝土柱的力学性能要优于钢箍筋的竹筋混凝土柱的力学性能。(3)通过采用我国规范、美国ACI规范和考虑竹筋混凝土柱的受力性能三种方法对竹筋CFRP箍筋混凝土柱进行了轴心受压承载力的验算,结果表明考虑了竹筋混凝土柱受力性能的计算方法较为精确。(4)本文主要的特点是CFRP箍筋竹筋混凝土柱,所以充分考虑到CFRP箍筋的作用,整理总结试验数据并进行回归分析,根据Mander计算模型得到了在CFRP箍筋约束作用下混凝土的峰值强度和峰值应变的计算公式。(5)采用ANSYS模拟软件对其中的8根试验构件进行了模拟,通过应力云图分析了竹筋混凝土柱在轴心受压下的破坏过程,将其承载力和轴向变形位移与试验结果作对比分析,结果表明模拟值与试验结果基本良好。
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