【摘 要】
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建筑钢结构除了在设计、施工等过程中产生的各种缺陷之外,锈蚀也是影响钢结构安全性和耐久性的重要因素。玻璃纤维增强复合材料(简称GFRP)有其独特的优越性:高强但成本低、极限变形大、耐腐蚀及耐久性好等,在结构维修加固中应用广泛。本文利用试验和有限元数值模拟对喷射GFRP加固锈蚀方钢管柱进行承载力研究,具体为:(1)设计并制作了1根未锈蚀和5根锈蚀率在5.6%左右的方钢管柱,对其中4根锈蚀试件喷射GFR
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建筑钢结构除了在设计、施工等过程中产生的各种缺陷之外,锈蚀也是影响钢结构安全性和耐久性的重要因素。玻璃纤维增强复合材料(简称GFRP)有其独特的优越性:高强但成本低、极限变形大、耐腐蚀及耐久性好等,在结构维修加固中应用广泛。本文利用试验和有限元数值模拟对喷射GFRP加固锈蚀方钢管柱进行承载力研究,具体为:(1)设计并制作了1根未锈蚀和5根锈蚀率在5.6%左右的方钢管柱,对其中4根锈蚀试件喷射GFRP加固,在加固材料完全固化后,对方钢管柱进行轴压试验,分析钢柱承载力、荷载-轴向位移曲线,研究加固层厚度和短切玻璃纤维长度对加固锈蚀方钢管柱的影响。试验结果表明:喷射GFRP加固钢管柱后承载力提高了15.14%-31.13%,说明这种加固方式能明显提高承载力,且随着加固层厚度的增加,极限承载力提高幅度也随之增大。(2)在同一批次钢材中截取部分钢材制成标准拉伸试件,并进行单轴拉伸试验。试验结果表明:锈蚀率对钢材力学性能影响较大,锈蚀率增加,其力学性能下降。通过ABAQUS建立喷射GFRP加固锈蚀方钢管柱的有限元分析模型,参照试验数据,验证了有限元模型的有效性。(3)利用已验证有效的有限元分析模型,改变模型数据,分析各加固方案下方钢管柱极限承载力及荷载-位移曲线,研究各参数对喷射GFRP加固锈蚀方钢管柱承载性能影响。研究结果表明:锈蚀率对方钢管柱承载性能影响较大,随着锈蚀率的增加,其承载性能下降,加固后承载力增长率也从32.51%下降到-43.07%。短切纤维长度为20mm时,承载力增长率为29.45%,纤维长度为40mm时,承载力增长率为33.5%,纤维长度越长,其承载力增长幅度越大。单面加固承载力增长极小,仅为1.14%,四面全包比两面加固的极限承载力增长率多一倍多,达到29.49%。喷射GFRP厚度的影响相对明显,随着厚度从3mm增加10mm,承载力增长率从10.27%增大到59.46%。在各锈蚀率下,长细比对加固效果的影响大致相同,极限承载力随着长细比的增加表现为先上升后下降。
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