GFRP-混凝土-钢管双壁空心柱海水加速侵蚀后轴压性能研究

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当下,纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称为FRP)、混凝土、钢管这三种传统建筑材料的结合使用引发了各研究学者的关注,已有的研究表明,FRP、混凝土和钢管三者结合的新型结构形式具备高性能的特点,在这些新形式的结构中,具有代表性的结构形式有FRP约束钢管混凝土柱(FRP-Confined Concrete-Filled Steel Tube,简称FCCFST)和FRP-混凝土-钢管双壁柱(Double Skin Tubular Columns,简称DSTC),其中DSTC又有双壁空心柱(Hollow-core FRP-concrete-steel columns,简称HC-FCS)和双壁实心柱(Double-tube concrete columns,简称DTCC)两种形式,两者之间的主要区别在于钢管内部是否填充混凝土。由FRP、混凝土、钢管三者组成的双壁空心柱,施工便利,抗震性能好,相比直接裸露在空气中的普通混凝土柱,双壁空心柱得益于外层FRP的约束包裹,使得双壁空心柱拥有更好的耐腐蚀性,而且还拥有比FRP约束混凝土柱更轻的自重,以及更高的承载力和延展性。至今为止,已有许多学者对这些新型结构形式进行了大量的研究,并且也已经对各种不同FRP类型的FRP约束混凝土、钢管混凝土,素混凝土等结构形式进行了各自的耐久性研究,但是关于GFRP管-混凝土-钢管双壁空心柱的耐久性能的研究还很少。基于此,本文进行了不同GFRP管厚度的GFRP-混凝土-钢管双壁空心柱在实验室模拟海洋环境下的耐久性能。实验室模拟海洋环境采取不同温度(室温、40℃、60℃),定期(0[无浸泡对照试件]、30、90、180、270、360天,以及干湿循环360天)取出试件进行比较分析。本试验包括68个试件,其中GFRP管厚度为3mm和6mm的试件分别为34个,GFRP管厚度为3mm和6mm的对照组试件分别2个,共计4个;浸泡温度分别有10个GFRP管厚度为3mm和6mm的试件,即每个温度总共20个试件共计60个;以及GFRP管厚度为3mm和6mm的干湿循环试件分别2个,共计4个。另外从同一批GFRP管上切出宽30mm的圆环放入模拟海水中浸泡以分析GFRP管的力学性能(拉伸弹性模量)变化。通过对试件进行轴向压缩试验,详细描述试件在加载过程中的现象以及破坏模式,并将试验所得数据,与现有DSTC模型进行比较分析。经过一年时间的浸泡以及干湿循环,得出的试验结果如下:(1)使用较厚的GFRP管,能够有效的提高GFRP管-混凝土-钢管双壁空心柱的极限荷载和极限轴向应变,极限荷载的平均提高率基本超过50%,极限轴向应变的平均则在20%-40%之间。大幅度提高双壁空心柱试件的轴向变形能力,还能延缓夹层混凝土的膨胀速度,充分利用了较厚的GFRP管具有更高的环向约束力的优点。改变GFRP管的厚度,浸泡温度和浸泡时间,对双壁空心柱试件的环向应变没有很大的影响,原因是夹层试件的夹层混凝土厚度是固定不变的,因而夹层混凝土的受压时的膨胀量也是基本相同的。(2)本试验中厚管柱在270天和360天中浸泡后的极限轴向应变增大,归结于GFRP管内部的树脂脱落。经过对对照组试件和试验组试件的GFRP管进行扫描电镜观察,对照组试件和180天及更短浸泡时间的试件的GFRP上,树脂保留量较多,且大部分没有与纤维发生脱粘,这使得纤维与树脂作为整体提供侧向约束;而在270天和360天的GFRP管中,树脂的保留量非常低,纤维之间存在间隙,当夹层混凝土膨胀时,最内层纤维先工作,最外层纤维后工作,这就导致GFRP管整体被激活的时刻延迟。
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