FRP-钢复合管约束混凝土短柱轴压力学性能

摘要

针对海洋环境中新建钢管约束混凝土柱（桥墩）的高耐久性需求和纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymer，FRP)延性差、在工程应用中连接困难等问题，本论文提出将耐腐蚀的FRP材料与钢管约束混凝土柱（钢管在柱两端断开，不直接承担纵向荷载）相结合，形成FRP-钢复合管约束混凝土柱构件，并对其短柱轴压力学性能进行了较系统的试验研究和理论分析，主要研究内容如下:
　　(1)对21个圆CarbonFRP(CFRP)-钢复合管约束素混凝土短柱、12个圆CFRP-钢复合管约束钢筋混凝土短柱、9个圆CFRP-钢复合管约束型钢混凝土短柱和6个圆BasaltFRP(BFRP)-钢复合管约束素混凝土短柱进行了单调轴压试验研究，试验中的主要参数为钢管径厚比、FRP布层数、FRP布种类和混凝土强度。试验结果表明:FRP-钢复合管约束混凝土短柱的极限承载能力随FRP布层数的增加近似呈线性增长;随着钢管径厚比的增大，试件极限承载能力逐渐降低;钢管在达到极限承载能力之前已经屈服;随着FRP层数的增加，核心混凝土的剪切破坏模式越来越不明显。
　　(2)基于试验结果和理论分析，对FRP-钢复合管约束混凝土轴压短柱进行详细的应力分析，明晰FRP管、钢管与核心混凝土之间的相互作用机理;通过对本文试验数据的回归分析，建立了适合圆FRP-钢复合管约束混凝土的轴压应力-应变关系模型，模型曲线与本文试验数据和其他文献中试验数据吻合得比较好;提出了圆FRP-钢复合管约束混凝土短柱的轴压承载能力公式。
　　(3)对14个方CFRP-钢复合管约束素混凝土短柱、6个方CFRP-钢复合管约束钢筋混凝土短柱和6个CFRP-钢复合管约束型钢混凝土短柱进行了单调轴压试验研究，试验中的主要参数为钢管径厚比、CFRP布层数和方柱截面倒角。试验结果表明:方CFRP-钢复合管约束混凝土试件的荷载-变形曲线均呈现了软化段，CFRP层数越多，软化段之后曲线上升的幅度越大;附加CFRP约束后，钢管约束混凝土柱的极限变形能力有了较大的提升，但承载力的提升幅度较小，钢管径厚比越小提高的幅度越小;随着钢管径厚比的增大，试件极限承载能力逐渐降低。