文摘

钢管混凝土(钢管)列已广泛用于建筑在最近几十年,因为他们的轴向强度高。然而,在钢管,钢管容易退化由于腐蚀,导致钢管的轴向强度的降低。进一步提高钢管混凝土柱的轴向强度,碳纤维增强聚合物(CFRP)表和玄武岩纤维增强聚合物(粘贴)表应用于钢管变形。介绍了实验研究的轴向抗压能力CFRP-confined钢管和BFRP-confined钢管,验证了分析模型,考虑混凝土自应力的影响。钢管用玻璃钢表现出更高的韧性行为。包装采用碳纤维布和粘贴纤维提高钢管的轴向抗压能力61.4%和17.7%,分别。相比以前的钢管混凝土组合结构系统FRP管(CFFTs)和双层管状列(DSTCs) FRP-confined钢管是方便FRP加固现有结构,因为柔软的床单。此外,轴向抗压能力钢管包装和加固效果高于CFFTs DSTCs,虽然DSTCs的抗压强度高于改进的钢管。

1。介绍

在传统的钢管混凝土(钢管)列系统,在钢管混凝土,通常贯穿几个故事或建筑物的全高度(1,2]。经过几十年的发展,钢管混凝土柱已经广泛应用于许多建筑物。

然而,在钢管,钢管容易退化由于腐蚀,导致钢管的轴向强度的降低。克服缺点,肖3提出了FRP加固钢管混凝土(FCFST)列。向内和向外弯曲变形的钢管加固钢管约束,从而大幅提高柱的延性和强度。此后,许多研究由肖et al。4- - - - - -6)和其他研究人员(5,7- - - - - -11]在玻璃钢包装的有效性提高钢管混凝土柱的结构行为。腾et al。12]在FCFSTs发达约束混凝土的应力-应变模型。

雪et al。13)发现,填充混凝土的收缩会引起钢管和混凝土之间的分离,和Ghafari et al。14)发现,收缩会降低结构的耐久性。膨胀水泥,可提高混凝土的体积由于化学反应,可以减少混凝土的收缩。因此,自应力钢管混凝土钢管(SSCFSTs)提出了轴向强度高于钢管。大量的实验研究[15,16在SSCFST进行了解其机械性能,和设计理论17)提出了相应的行动。开发了一些模型来预测的负载能力FCFST列(18,19];然而,混凝土的膨胀的影响没有考虑。

此外,钢管并不是唯一的钢管混凝土管体系列。Ozbakkaloglu et al。20.- - - - - -22]对钢管混凝土的轴向压缩行为进行研究FRP管(CFFTs)和双层管状列(DSTCs)。钢管的钢管,而CFFTs FRP管做的。DSTCs由钢管和玻璃钢管道,包括中空的核心(DSTC-H)和core-filled (DSTC-F)。因为每个系统的特点和应用局限性仍不清楚,这四个系统的比较是必要的。

本文给出了一个理论模型获得的轴向抗压能力FCFSTs,自应力的影响被认为是。此外,实验研究也调查的行为进行钢管包装和加固效果(CCFSTs)粘贴表(BCFSTs)受到轴向压缩。最后,我们的测试结果与现有的测试结果CFFT相比,DSTC-H, DSTC-F。

2。分析研究

2.1。基本假设

以下假设是由在这个分析研究:(1)混凝土和钢管之间的接口,钢管和玻璃钢表约束。(2)忽略径向压力钢管,钢管在双轴应力。(3)玻璃钢材料是线性弹性的。(4)只有在FRP板被认为是环向应力;即应力沿纤维方向被认为是和径向应力和纵向应力将被忽略。

2.2。轴向抗压能力

由于在钢管混凝土三轴压缩下,混凝土的轴向抗压强度这被认为是自应力和轴向压缩可以表示为23] 在哪里是标准的混凝土的抗压强度,混凝土的侧压力,横向应力引起的混凝土芯轴向压缩,最初的横向应力引起的自应力混凝土的膨胀,和侧压力系数。通常是3和5之间按照实验结果(23),在本研究假定为4。

分析了钢管的临界状态使用最大剪应力理论,称为特雷斯卡屈服准则。它可以表示为 在哪里和箍拉应力和钢管的轴向压应力,分别。是钢管的箍拉应力引起的自应力和是钢管的屈服强度。

根据基本假设(1)和FRP的应力-应变关系和钢管、玻璃钢的环向应力可以表示为 在哪里,,泊松比和杨氏模量的钢管和FRP板的杨氏模量,分别。

图1显示了在SSCFST在轴向压缩应力分布。根据压力平衡图1,和可以表示为 在哪里,,的横截面区域混凝土,钢管,分别和玻璃钢。

的轴向抗压能力FRP-SSCFST可以形容

本研究认为以下FRP-SSCFST失效模式:钢管腹和FRP板断裂。

(1)故障模式时钢管腹,呼啦圈钢管的拉应力的屈服应力。用(1),(2),(3),(4)和(5)(6给出了轴向抗压能力 在哪里 和被定义为系数的约束效应造成的钢管和FRP板,分别。

(2)失效模式时FRP板断裂,呼啦圈钢管的拉应力的屈服应力和FRP的箍拉应力是最终的压力。用(1),(2)和(4)(6给出了轴向抗压能力

2.3。参数化分析

参数分析研究的影响的玻璃钢层数和自应力轴向抗压能力。一个计算结果之间(越少7)和(9)的轴向抗压能力改进的钢管。

图2块轴向抗压能力与FRP片的层数。这表明轴向抗压能力提高的玻璃钢层数和轴向强度高于BCFSTs CCFSTs。这是因为侧向约束可以有效地提高玻璃钢的厚度和极限抗拉强度,从而增加轴向抗压能力。

图3块轴向抗压能力和填充混凝土的自应力水平。这表明与self-stress轴向抗压能力增加。这是因为,侧向约束与self-stress增加,从而增加了轴向抗压能力。

3所示。实验研究

总共11标本准备,包括3钢管,BCFSTs 4 CCFSTs, 4。

表1显示了钢管的钢铁和水泥的参数。表2显示了碳纤维增强塑料的参数和粘贴。

钢管切割成所需的尺寸后,标本。然后两层FRP包裹在箍方向覆盖整个钢管养护28天后。

测试进行了伺服液压控制的测试机的最大容量10000 kN。负载应用以恒定速率为0.5 kN / s在弹性阶段和以恒定速率的0.25毫米/分钟在塑性阶段直到标本达到极限轴向抗压能力。四对3毫米长应变仪安装在钢管的外观和玻璃钢中高跟的标本捕捉纵向和箍菌株。所有数据由数据自动记录日志记录系统(tds - 530)。应变仪的布置如图4。

4所示。实验结果和讨论

4.1。强度和刚度的标本

标本的载荷与位移图所示5。所有标本都有相同的加载步骤中,可分为四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段,塑性阶段和破坏阶段。在弹性阶段,荷载分配的比例根据玻璃钢之间的刚度,钢和混凝土。因此,在计算之后,可以看出,负载钢遭受了超过80%的整个负载,这远远大于FRP与混凝土。钢的硬度在这个阶段中起着主导作用,导致的刚度FCFST标本封闭的钢管标本。在弹塑性阶段,加强标本的刚度,特别是CCFST标本,明显高于12个标本。因为外翘曲变形的钢管被玻璃钢包装限制,比粘贴碳纤维增强塑料具有更有效的约束,因为它的高的杨氏模量。

钢管的平均轴向抗压能力、CCFSTs BCFSTs 1207 kN,分别1949 kN - 1421 kN。碳纤维增强塑料和粘贴加固钢管的轴向抗压能力增强了61.4%和17.7%,分别。钢管的平均极限位移、CCFSTs BCFSTs 16毫米,30毫米,分别和20毫米。此外,碳纤维增强塑料和粘贴纤维增强延性提高了87.5%和25%,分别。这表明,钢管混凝土的强度和延性可以显著提高玻璃钢包装,尤其是碳纤维增强塑料包装。

4.2。菌株的标本

碳纤维增强塑料和箍箍应变和钢管的纵向应变记录测试期间CCFST-3和BCFST-1如图6和7,分别。可以看出碳纤维增强塑料和钢管的箍菌株是非常小的在弹性阶段。这是因为钢管和混凝土进行了轴向载荷和钢管的约束和玻璃钢表并不明显。钢管的纵向压力发达elastic-perfectly塑性体。比较数据6和7,最终的纵向应变的钢管CCFST大于BCFST,这表明,碳纤维增强塑料包装更有效的约束。玻璃钢的载荷应变曲线发展始终与钢管,这表明FRP封装和钢管可以一起工作。类似的结果从另加强标本。

4.3。失效模式

所有标本都加载未能理解的影响FRP钢管的轴向强度。典型的失效模式标本被显示在图8。如图8(一个)观察,钢管的外腹中间的钢管破坏载荷。FRP加固的标本,观察纤维的喀嚓声后钢管屈服。原因可能是玻璃钢包装提供了大量克制对核心混凝土的横向变形和钢管和玻璃钢受到张力方向箍。玻璃钢达到极限应变时,玻璃钢破裂发生后钢管的外腹中间的标本,如图8 (b)和8 (c)。

4.4。验证分析分析

的轴向抗压能力测试得到的标本与相应的分析结果计算(7)或(9),如表所示3。实验和分析结果的钢管之间的协议。实验和分析结果的偏差CCFSTs BCFSTs 4.53%,−12.21%,分别,这被认为是可以接受的。

5。比较的钢管,CFFT DSTC-H, DSTC-F

在过去的五年里,大量的研究已经报道了复合列如CFFT DSTC,和FCFST Ozbakkaloglu et al。20.- - - - - -22]CFFT的轴向压缩行为进行研究,DSTC-H, DSTC-F由普通高强混凝土,新的复合结构系统作出了重要的贡献。到目前为止,很少有文献对比分析的轴向抗压强度和容量不同的复合列。四种类型的图表列在文献[20.,21和本研究如图9。

表4显示了轴向抗压能力()和轴向抗压强度()获得的实验结果由碳纤维增强塑料四种类型的列。它表明,轴向抗压能力()CCFSTs高于CFFT, DSTC-H, DSTC-F。然而,CCFSTs的横截面积是最大的四种类型的列。轴向抗压强度()DSTC-H大于CCFSTs CFFT。总的来说,四种类型的列有自己的优势:(a) CFFTs不需要钢和混凝土DSTC-H可以花费更少;(b) DSTC-H比CCFST轻CFFT;(c) CFFT、DSTC-H DSTC-F作为新结构,同时CCFST通常应用于加固现有结构;(d)的小说结构,应用CFFT和DSTC形状规整的列礼物;(e) CCFST很方便地利用结构的钢管柱钢筋在现役,受益于柔软的玻璃钢表。

6。结论

本文研究了FCFSTs的轴向抗压能力和力量。理论研究提出了预测FCFSTs的名义轴向抗压强度,自应力混凝土的影响被认为是。此外,实验研究也进行了验证模型和调查的行为CCFSTs和BCFSTs受到轴向压缩。如前所述,可以达到以下的结论。

(1)钢管的轴向抗压能力与碳纤维增强塑料包装和粘贴纤维提高了61.4%和17.7%,分别。此外,提高了钢管的延性。

(2)良好的协议之间的轴向强度实验分析结果证实了理论模型的有效性。

(3)CCFST可以方便、有效地利用现有的结构加强,而CFFT DSTC-H, DSTC-F应用通过形状规整的列作为小说的结构。四种类型的列,DSTC-H抗压强度最高。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金支持通过拨款51278131,新世纪优秀人才计划在大学通过授予ncet - 13 - 0739,并通过授予131073年霍英东英通教育基金会。