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| 圆形纤维-钢复合管约束混凝土的力学性能研究 摘 要 纤维增强复合材料作为一种新型材料，凭借着轻质量、高强度、耐腐蚀能力强等众多优点，在土木工程领域逐渐得到认可。本文结合纤维约束钢管混凝土在国内外的研究现状，主要针对其在轴压状态下的力学性能进行综述，通过总结他们实验的优点和研究上存在的不足，提出纤维和开槽钢管复合约束混凝土圆柱的课题，在不同类型FRP、FRP包裹层数、钢管厚度等参数变化条件下，研究圆形纤维-钢复合管约束混凝土在不同约束条件下的轴压力学性能。 本文通过对24个圆形纤维-钢复合管约束混凝土试件的轴压试验，其中包括3个未开槽钢管试件和21个开槽钢管试件，研究钢管厚度、FRP类型及FRP层数等参数对试件的力学性能的影响，通过试验数据得到其应力-应变关系图，并分析试件的工作机理。试验结果表明：开槽钢管试件的承载力要优于未开槽钢管试件；FRP类型及层数等其他条件不变时，试件的极限应力随着钢管厚度增加而提高；FRP层数及钢管厚度等其他条件不变时，CFRP约束试件的承载力提高优于BFRP约束的试件，但是延性不如BFRP；FRP类型及钢管厚度等其他条件不变时，试件的极限应力随着层数的增加而提高。 圆形纤维-钢管复合混凝土试件的应力-应变曲线可分为弹性阶段、过度阶段、强化阶段及残余阶段4个阶段，在初始弹性阶段时，由于试件的横向应变太小，钢管及FRP的环向约束力基本可以忽略，所以各试件曲线基本一致。随着荷载的增加，核心混凝土膨胀破环，横向应变增加，钢管及FRP参与工作，提供混凝土很大的约束力，曲线进入过度阶段。逐渐，钢管屈服后，曲线进入强化阶段，钢管提供的环向约束力基本恒定，而FRP提供的约束力线性增加。直到FRP断裂，荷载突然下降，曲线进入残余阶段。 关键词：纤维；FRP-钢复合管；复合约束；轴压；力学性能 目 录 1绪论 1 1.1课题提出的背景以及研究意义 1 1.2纤维约束混凝土的研究和发展 2 1.2.1碳纤维和玄武岩纤维材料的介绍 2 1.2.2国内外关于纤维约束混凝土的研究情况 2 1.2.3纤维约束混凝土的力学性能 3 1.3钢管约束混凝土的研究和发展 4 1.3.1国内外关于钢管混凝土的研究情况 4 1.3.2钢管约束混凝土的特点及力学性能 4 1.4圆形FRP-钢复合管约束混凝土的研究和发展 5 1.5本课题研究内容 7 1.6本章小结 7 2试验概况 10 2.1试件制作工艺 10 2.1.1原材料的准备 10 2.1.2钢管混凝土的制作工艺 12 2.1.3钢管外侧包裹纤维布 14 2.1.4应变片的焊接及粘贴 14 2.2原材料的材性研究 15 2.2.1混凝土的抗压强度试验 15 2.2.2钢材的抗拉强度试验 16 2.2.3纤维布的抗拉强度试验 17 2.3本章小结 20 3试验过程与数据分析 20 3.1试验方案 20 3.1.1试件设计 20 3.1.2试件参数 22 3.1.3加载方案 23 3.2试验现象分析 24 3.2.1素混凝土试件的破坏模式 24 3.2.2钢管约束混凝土试件的破坏模式 25 3.2.3圆形FRP-钢复合管约束混凝土试件的破坏模式 27 3.4应力-应变关系曲线 29 3.4.1素混凝土试件应力-应变关系曲线 30 3.4.2钢管约束混凝土试件应力-应变关系曲线 31 3.4.3圆形FRP-钢复合管约束混凝土试件应力-应变关系曲线 34 3.5试验结果对比分析 38 3.6本章小结 45 4结 论 47 致 谢 48 参考文献 49 |
