erp混凝土钢管组合方柱偏压性能研究

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1、1绪论1绪论1．1研究背景及意义木结构、钢结构、砌体结构和钢筋混凝土结构是建筑结构中传统的四大结构，其中以钢筋混凝土结构的应用最为广泛。早在一百多年前，钢筋混凝土结构就应用于土木工程建设中。由于钢筋和混凝土两种材料具有相近的膨胀系数，其有效的组合形成了一种新型的结构工程材料，这种工程材料具有承载力强、刚度大、整体性好、耐火、适应性广的优点。所以在新的世纪里，钢筋混凝土结构仍将作为建筑结构中最主要和最重要的建筑结构形式。但随着时间的推移，钢筋混凝土结构的裂化、腐蚀问题不断发生，其中钢材锈蚀最为常见，尤

2、其是近海城市及海洋内部的工程建设，钢筋锈蚀更为严重[1】。再加上高层建筑的建设越来越多，因其具有层数多、结构体系新颖多变、建筑材料使用方面多样化等特点，故对工程材料方面的要求也越来越高。所以在某些性能上，普通的钢筋混凝土结构已满足不了其性能的要求，如自重、延性等问题。这就要求我们不断的探索和开发新的材料和新的结构形式。纤维增强复合材料(FiberReinforcedPolymers，简称FRP)的诞生解决了这一难题，它具有抗拉强度高、抗腐蚀能力强、自重小、弹性变形能力强等特点，可以有效延长恶劣环境下

3、混凝土结构的耐久性和服役寿命，从而降低结构寿命周期的维修费用和成本，是一种前景广阔的新型结构材料，被称之为继钢材和混凝土之后的“第三大结构材料”。据研究，FRP在工程建设领域中的应用主要分为两大类：一类是用于现有结构的加固与修复：另一类是直接用于新建结构的FRP组合结构。FRP作为结构修补与加固材料，早在20世纪60年代已经在欧洲、日本、美国得到普遍的应用。我国在1997年也开展了FRP片材加固混凝土结构的研究与应用，FRP的加固用量得到了很大提升。FRP更为突出的贡献是应用于新建结构中，它不仅可以

4、作为FRP筋直接应用于建筑结构，而且还可以形成FRP约束混凝土柱。FRP约束混凝土柱是指在预制FRP管中填充混凝土或以FI冲布缠绕混凝土形成的组合构件【邵】。本文所研究的FRP一混凝土一钢管组合方柱就是FRP约束混凝土柱的一种，是由香港理工大学滕锦光教授提出的一种新型组合构件。它的内部为空心钢管，在钢管外面浇筑混凝土，然后在混凝土外部用FRP布进行包裹。1绪论FRP一混凝土一钢管组合柱就是利用FlIP、混凝上、钢管三种材料在受力过程中的相互作用使混凝上处于三向应力状态之下，从而提高了混凝土的强度，塑

5、性和韧性性能也有很大的改善。同时，混凝土的存在可以阻止和延缓FlIP过早的发生局部破坏，混凝土对钢管的约束作用也可以防止内层钢管发生局部屈曲，使材料性能得到充分的发挥【4】。在工程实际应用中，FRP一混凝土一钢管组合柱还有很多优势：首先空心柱的特性可以有效的减轻结构白重；由于其塑性和延性得到了改善，可应用于地震多发区；内部的钢管不但方便了与梁之间的连接，还可以排布管线；钢管本身也可以作为模板，使得旆工更加简易【5，6J。由于这种组合结构的诸多优点，FRP一混凝土一钢管组合柱在以后的高层建筑结构、海洋

6、结构、桥梁结构中肯定具有广泛的应用前景。但到目前为止，对这种组合柱的研究还很少且基本处于试验阶段，大多数是基于圆形截面柱的轴压试验，这是因为圆形截面柱可以减少应力集中，但在实际工程建设中，轴心受压是一种较为理想的受力方式，即使理论上设计的轴心受压也可能因施工偏差、混凝土不均匀性及荷载作用位置的不定性等原因造成一定程度的偏心，因此偏心受压构件才是与工程实际结合最紧密的基本构件，再加上方形截面柱更有利于施工，而且在结构连接方面更加容易，因此对此类方形截面柱偏压力学性能的研究也是很有必要的。1．2研究现状

7、及应用1．2．1普通组合柱的研究现状及应用1．2．1．1钢管混凝土柱钢管混凝土是在螺旋配筋混凝土及劲性钢筋混凝土的基础之上演变和发展起来的，它是把混凝土填充到钢管内部而形成的一种组合构件。早在1879年，钢管混凝土结构就被应用于英国Severn铁路桥桥墩，时至今日，钢管混凝土结构在土木工程中的应用已有一百多年的历史。钢管混凝土结合了钢管和混凝土的优点，具有优越的力学性能：(1)轴压承载力高，因其核心混凝土承受大部分荷载，从而可以降低柱子所需材料的造价；(2)钢管与钢筋混凝土中的钢筋相比，更利于发挥钢

8、材抗压强度高的优点；21绪论(3)承载力高，刚度大，抗震性能好，抗冲击能力强；(4)钢管对其核心混凝土的有效约束使得混凝土处于三向受压的应力状态，不仅在强度方面得到提高，而且塑性变形能力也明显改善。由于钢管混凝土材料具有非常优越的力学性能，从其诞生开始，欧美很多国家的土木工程研究人员就开始了对这种材料的重视，因此，也着重进行了钢管混凝土的开发和应用研究。钢管混凝土构件工作的实质在于两种材料之间的相互作用和协同互补，通过这种相互作用和协同互补，使得钢管混凝土的力学性能十