【摘要】：鋼管混凝土的誕生已有100多年的歷史,其在力學性能和施工工藝等方面具有明顯的優(yōu)勢,因此在超高層建筑、橋梁工程、工業(yè)廠房以及地下工程等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。隨著現(xiàn)代結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展,大型的鋼管混凝土建筑物也隨之出現(xiàn),這就要求必須使用厚壁鋼管或高強鋼管以提供給混凝土足夠的緊箍力,也因此增加了工程造價。碳纖維增強復(fù)合材料是由碳纖維材料與基體材料按比例混合并經(jīng)過一定工藝復(fù)合形成的一種高性能新型材料,它以其輕質(zhì)高強、抗腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點開始在工程領(lǐng)域得到應(yīng)用并受到廣泛關(guān)注。21世紀初,CFRP4岡管混凝土這種新型結(jié)構(gòu)形式被提出,CFRP不但可與鋼管共同對核心混凝土提供約束力,而且可以延緩或避免鋼管的局部屈曲,使結(jié)構(gòu)的承載力更高、耐久性更好。對CFRP-鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究已在國內(nèi)外形成一個熱點,隨著初步理論基礎(chǔ)的奠定,這種新型結(jié)構(gòu)形式也于2012年開創(chuàng)性地應(yīng)用到我國的道路工程中,為這一結(jié)構(gòu)的理論研究與工程實際應(yīng)用建立了聯(lián)系,同時也證明了此結(jié)構(gòu)良好的應(yīng)用前景。 國內(nèi)外對CFRP-鋼管混凝土的研究主要集中在軸壓性能和受彎性能,而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力形式是多樣的,隨著CFRP-鋼管混凝土應(yīng)用的推廣,現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)理論已無法滿足對實際工程指導(dǎo)的需求。因此本文在以往研究的基礎(chǔ)之上,通過試驗研究、有限元法模擬和理論分析的方法對CFRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的力學性能展開了研究,完成了以下主要研究內(nèi)容： (1)進行了CFRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件靜力性能的試驗研究。根據(jù)試驗結(jié)果,總結(jié)了長細比、偏心率對試件承載力和力學性能的影響規(guī)律。將試件的荷載-跨中截面撓度關(guān)系曲線劃分為彈性階段、彈塑性階段、下降段三個階段。試件在達到極限荷載之后進入承載力下降段,試件在保持一定承載力的同時經(jīng)歷較大的變形,這是典型的延性破壞。根據(jù)試驗結(jié)果可知：CFRP和鋼管在加載之初至失效后退出工作,在縱向和橫向都能較好地協(xié)同工作。根據(jù)試驗結(jié)果分析了鋼管的內(nèi)力重分布情況。鋼管縱向應(yīng)變沿截面高度的分布基本符合平截面假定,試件的撓度曲線與正弦半波曲線基本吻合。 (2)進行了CFRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件靜力性能的理論分析并提出了承載力計算公式。通過大型有限元軟件ABAQUS模擬了CFRP-岡管混凝土壓彎構(gòu)件的荷載-跨中截面撓度關(guān)系曲線和破壞模態(tài),模擬結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。分析了CFRP-岡管混凝土壓彎構(gòu)件及其各組成材料在受力全過程中的應(yīng)力、應(yīng)變、相互作用力等的變化規(guī)律,分析結(jié)果和試驗結(jié)果吻合良好。通過分析發(fā)現(xiàn)鋼管與混凝土之間的粘接強度對試件承載力、彈性階段的剛度、鋼管與核心混凝土之間的相互作用力基本沒有影響,加載路徑對試件的靜力性能影響不大。分析結(jié)果還表明：受壓區(qū)橫向CFRP對試件有明顯的約束作用,并且延緩了受壓區(qū)鋼管的鼓曲；受拉區(qū)縱向CFRP提高了試件的抗彎承載力,延緩了試件的彎曲變形。在系統(tǒng)參數(shù)分析結(jié)果之上,針對不同的截面形式,提出了適用于CFRP-岡管混凝土壓彎構(gòu)件的承載力計算表達式,應(yīng)用該式的計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。 (3)進行了CFRP-鋼管混凝土壓彎構(gòu)件滯回性能的試驗研究。分析了軸壓比和縱向CFRP增強系數(shù)對試件的跨中荷載-撓度滯回曲線、跨中荷載-撓度骨架曲線、彎矩-曲率滯回曲線、彎矩-曲率骨架曲線、剛度、剛度退化、強度退化、延性系數(shù)、累計耗能、等效粘滯阻尼系數(shù)等的影響規(guī)律。試驗結(jié)果顯示：CFRP對試件有很好的橫向約束和縱向增強作用,鋼管的局部屈曲得到了延緩或消除；在往復(fù)荷載下鋼管和CFRP在縱向和橫向同樣能夠協(xié)同工作；所有試件的跨中荷載-撓度滯回曲線和彎矩-曲率滯回曲線均較為飽滿,沒有捏縮現(xiàn)象,表現(xiàn)出良好的滯回性能：在加載后期,軸壓力對試件承載力影響明顯。滯回性能指標分析結(jié)果顯示：圓截面試件的強度退化不顯著,方截面試件均出現(xiàn)強度退化；軸壓比和縱向CFRP增強系數(shù)的增大均可以提高試件的抗彎承載力和剛度,并且可以延緩試件的剛度退化趨勢,但會降低試件的累積耗能和延性；總的來說,軸壓比在一定范圍內(nèi)有利于試件的抗震。
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【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU398.9

【參考文獻】

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本文編號：2302986