方CFRP-钢管混凝土弯-扭力学性能试验研究

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CFRP-钢管混凝土作为一种新型组合结构,相比钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性较好、耐腐蚀性能较好、经济效益较好等优势。但是,国内外研究学者对其理论研究较少,只是从单一的受力方面进行研究和较少的复合受力方面等进行试验研究和理论研究工作。本文主要对方CFRP-钢管混凝土进行弯扭静力性能研究,虽然CFRP-钢管混凝土同时受弯和受扭的情况在实际工程中并不多见,但研究其弯扭性能有助于对压弯扭构件和压弯扭剪构件性能的了解,所以对其研究工作很有必要。本文主要以试验研究为基础,共计9个方形截面CFRP-钢管混凝土试件。以有限元分析为辅助,共计9个与试验同条件下的方形截面CFRP-钢管混凝土试件。其目的在于,验证有限元模拟的准确性,在模拟得到验证的基础上进行主要参数分析。其主要研究成果如下:(1)方CFRP-钢管混凝土在弯扭共同受力状态下表现出良好的延性,钢管和CFRP良好的协同工作,横向纵向CFRP均对抗扭承载力具有一定提高作用。(2)通过有限元与试验的对比,分别从宏观扭矩-转角曲线和微观剪应力-剪应变曲线,以及试件的变形模态三个方面进行了有限元模拟准确性的验证。(3)在有限元模型得到验证的基础上,分别对混凝土强度等级fcu、钢材的屈服强度fy、弯矩比m、横向CFRP层数mt、纵向CFRP层数ml层数等五个参数进行模拟分析。有限元模拟结果表明:随着混凝土强度等级的提高,钢材屈服强度的提高,横向CFRP层数的增多,纵向CFRP层数的增多均对构件的极限承载力具有提高作用;其中以混凝土强度等级,钢材的屈服强度提高最为显著,横向纵向CFRP层数对承载力的提高并不明显;随着弯矩比提高,构件的极限承载力呈下降趋势;以上五种因素对构件前期弹性阶段刚度的影响,并不显著。
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