《CFRP約束鋼管高強混凝土柱的約束機理與設計方法研究》是依託湖南大學，由秦鵬擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：CFRP約束鋼管高強混凝土柱的約束機理與設計方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：秦鵬
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
鋼管高強混凝土結構技術是解決鋼筋混凝土高層建築胖柱問題和增大橋樑結構跨越能力的經濟而有效的措施，在高層建築與大跨橋樑工程中得到了卓有成效的套用。但採用高強混凝土會使鋼管混凝土柱的脆性增大，而高強薄壁鋼管的套用會導致鋼管局部穩定問題變得突出。基於上述工程背景，本項目重點研究CFRP約束鋼管高強混凝土柱的力學性能和工作機理。本項目擬發揮矽壓阻式壓力計的優勢，提出基於核心混凝土軸向應力與約束應力的測試新方法，建立核心混凝土被動約束模型，揭示鋼管約束延遲核心混凝土出現剪下滑移破壞的機理。通過軸心受壓試驗揭示CFRP約束鋼管高強混凝土的約束機理，建立CFRP約束參數與套箍率的數學關係，確定破壞模態轉化的臨界值。進行壓彎試驗，揭示CFRP對鋼管高強混凝土壓彎構件的約束機理，獲得CFRP約束對提高承載力和延性的規律。提出基於性能的CFRP約束鋼管高強混凝土的分析與設計方法用於指導工程實踐。
結題摘要
鋼管高強混凝土結構技術是解決鋼筋混凝土高層建築“胖柱”問題和增大橋樑結構跨越能力經濟而有效的措施，但是採用高強混凝土會使鋼管混凝土柱的脆性增大，而高強薄壁鋼管的套用會導致鋼管局部穩定問題變得突出。基於上述工程背景，本文結合目前對鋼管高強混凝土柱與CFRP鋼管普通混凝土研究的現狀進行分析與比較，開展了一系列實驗與理論研究。 （1）完成了6個CFRP圓鋼管普通混凝土短柱和6個CFRP圓鋼管高強混凝土短柱軸心受壓的對比試驗，研究了徑厚比、混凝土強度、CFRP層數等參數對試驗結果的影響。研究結果表明，當徑厚比較大時，即鋼管為薄壁時，CFRP圓鋼管高強混凝土短柱和CFRP圓鋼管普通混凝土短柱通常出現剪下破壞，CFRP套箍指數對CFRP圓鋼管高強混凝土短柱和CFRP圓鋼管普通混凝土短柱軸壓極限承載力的影響區別比較大。 (2) 在鋼管混凝土柱的試驗研究基礎上，進行了7根CFRP約束圓鋼管混凝土柱的抗震試驗。通過對試件破壞形態、滯回性能、骨架曲線、退化性能、耗能能力等性能指標的對比，分析了不同的約束方法對改善鋼管混凝土受力機理及抗震性能的差異。研究結果表明本文介紹的帶緩衝墊層的雙向約束方法能夠提高碳纖維的整體約束效果，增大塑性鉸區的工作範圍，提高構件的變形性能。 (3) 採用ABAQUS有限元軟體建立了CFRP約束鋼管混凝土柱的精細化有限元模型，考慮了不同材料(鋼管，核心混凝土和CFRP)在往復荷載作用下的本構關係模型，材料與幾何非線性，以及不同材料之間的接觸關係。通過與已有試驗的對比，驗證了模型在模擬CFRP約束鋼管混凝土柱在軸壓與抗震性能方面的適用性。 (4) 結合本項目試件和工程實際尺寸，建立了典型往復荷載作用下的CFRP約束鋼管混凝土柱的精細化有限元模型。對其破壞形態、受力全過程曲線、材料應力分布(鋼材、混凝土和CFRP)以及不同材料的接觸關係進行了分析。 (5) 提出了不同軸壓比作用下CFRP約束對鋼管混凝土柱承載力和延性的提高係數，並建議了其荷載—位移骨架曲線模型。以CFRP約束效應係數和軸壓比為參數，建議了CFRP約束鋼管混凝土柱的荷載—位移滯回曲線模型。以承載能力和延性為設計目標，給出了CFRP約束鋼管混凝土柱的構造建議。
