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CFRP约束钢管混凝土偏心受压柱的力学性能研究

CFRP约束钢管混凝土偏心受压柱的力学性能研究

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作者：梅宝瑞东北石油大学

学位级别：硕士

钢管混凝土柱已有100多年的历史了,它较素混凝土柱具有较高的承载力、较好的延性等力学性能,同时它的应用也使施工过程变得简洁方便,钢管本身就可以作为一个模板,省去了支模、拆模的过程,近些年钢管混凝土柱被广泛的应用于高层建筑、桥... 详细信息

钢管混凝土柱已有100多年的历史了,它较素混凝土柱具有较高的承载力、较好的延性等力学性能,同时它的应用也使施工过程变得简洁方便,钢管本身就可以作为一个模板,省去了支模、拆模的过程,近些年钢管混凝土柱被广泛的应用于高层建筑、桥梁工程等结构中用于承受大荷载作用。但当荷载特别大时,柱子的需要的尺寸较大,此时需要的大直径、厚壁钢管供货渠道不多。CFRP约束钢管混凝土柱便是在钢管约束混凝土柱的基础上外粘贴CFRP布,粘贴的CFRP布不但可以增强约束作用,减少钢管厚度,延缓钢材屈曲,还可以起到防腐蚀的作用。该组合结构将钢管混凝土柱和FRP约束混凝土柱的优点进行了结合。柱子在实际的受力过程中通常既受弯矩的作用也受轴力的作用,可以将该受力情况等效为,一个偏心的轴向力,本文通过理论分析与有限元试验相结合的方法,对CFRP约束钢管混凝土偏心受压柱的力学性能进行研究,主要工作如下:(1)为对CFRP约束钢管混凝土柱偏心受压力学性能进行研究,首先利用ABAQUS建立了其有限元模型,并将模拟计算结果的破坏模态、荷载-位移曲线以及极限承载力与以往的CFRP约束钢管混凝土柱偏压试验的实验结果进行对比,较为充分的说明了本文所建模型能够较好的反应出该组合柱的力学性能。(2)为了分析钢管约束效应系数、长细比、偏心率、CFRP约束效应系数、混凝土强度等对构件力学性能的影响,设计了39组CFRP约束钢管混凝土偏心受压柱试件,对构件的工作机理进行了分析。研究结果表明:CFRP约束了钢管的塑性流动,延缓了截面塑性区的发展,增加了构件刚度,对构件的承载力具有提高作用;柱子在偏心受力的过程中,截面的应力分布始终是不均匀的,紧箍力也是不均匀的,随着偏心率增大,受压区塑性变形减小,构件的承载力降低。(3)对构件的工作机理进行了深入的理论分析,因为危险截面的紧箍力是不均匀的,提出等效紧箍力的概念及计算方法。介绍了钢管混凝土柱的轴压及偏压承载力计算理论,借鉴钢管混凝土柱的基本理论,提出了CFRP约束钢管混凝土柱的计算方法。当长细比较大时,构件在未形成塑性铰以前,就发生了失稳破坏。本文采用安全系数法来确定柱子的极限承载力,并对偏心率折减系数进行了回归,得到了CFRP约束钢管混凝土柱偏心受压稳定承载力的计算表达式,将计算值与试验值进行对比,验证了公式的准确性。

关键词： CFST构件 CFRP布外包裹偏心受压计算方法

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