钢管连接GFRP管混凝土轴心受压试验研究.pdf

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1、2014年第35卷S2钢管连接GFRP管混凝土轴心受压试验研究李赫男（辽宁省高等级公路建设局，沈阳110003）摘要：通过钢管连接GFRP管混凝土组合构件的轴心受压试验，研究其工作机理、破坏形态，变形性能。分析了钢管连接GFRP管混凝土组合构件的变形和极限承载力。试验结果表明，利用钢管连接GFRP管混凝土承压构件是可行性的，但钢管长度不同，拼接构件的破坏形式也不同。关键词：GFRP管、连接、钢管、轴心受压纤维增强复合材料FRP（FiberReinforcedPolymer）是于20世纪80年代末在

2、发达国家兴起的一种新型材料，作为代替钢管用于约束混凝土的材料，其具有高强、轻质、耐腐、适用面广及便于施工等优点，已成功应用于加固修复土木建筑结构中。成为土木工程中的一种新型结构材料，在国内外深受重视并获得了较多的应用和发展。目前，工程结构中常用的FRP材料主要为碳纤维CFRP、玻璃纤维GFRP和芳纶纤维AFRP增强的树脂基体。常见的纤维增强复合材料与钢筋的力学性能比较[1]，见表1。表1常见的几种FRP材料与钢筋性能的比较类型密度（kg/m3）弹性模量抗拉强度CFRP1600~1900120~25

3、01200~2500GFRP1600~200020~55400~1800AFRP1050~125040~1251000~1800普通钢筋7850200~210370~835高强钢丝78502051470~1770钢管连接的GFRP管混凝土是通过在两个GFRP管混凝土连接处埋置短钢管将两个GFRP管混凝土连接起来的一种组合构件。其施工工艺是，首先在一根GFRP管内浇注混凝土，然后将钢管放入混凝土内，再将另一根GFRP管放在第一根GFRP管上，最后浇注满混凝土。施工中确保钢管在两个GFRP管内有同样长

4、度，并在GFRP管内居中。该组合构件主要通过GFRP管提高混凝土强度。另外，连接钢管将两根GFRP管混凝土构件连成一个整体，使其共同受力。承受轴心压力作用是GFRP管混凝土最基本的受力状态，掌握其工作机理和一般规律为研究该组合结构在复杂受力状态下的工作性能奠定基础。为此，该文通过试验，研究其受力性能，分析其工作机理、破坏模式及变形规律。1.试验概况1.1试件设计本次试验共设计了2根利用钢管连接的GFRP管混凝土组合构件和1根GFRP管混凝土对比件，连接件形式，见图1。GFRP管的内径均为200mm

5、，管壁厚度均为5.5mm，纤维缠绕角度为80°，组合柱的总高度为700mm（两根350mm长的管拼接而成）。GFRP管内浇注C50混凝土，其轴心抗压强度试验值为40.8Mpa。钢管的外径为165mm，管壁厚度为4mm，各试验柱主要参数，见表2。图1连接钢管形式表2试验参数一览表试件编号连接方式GFRP管长度/mm钢管外径/mm钢管壁厚/mm钢管长度/mmGCCS-1钢管连接350×2根1654200GCCS-2钢管连接350×2根1654100GC-1全长无连接（对比件）700——1.2试件制作首

6、先将GFRP管、钢管按设计尺寸制作好，然后将钢管植入GFRP管并严格居中，浇注混凝土。混凝土采用沈阳当地商品混凝土，在浇筑混凝土的同时，制作混凝土立方体试块，用以测定轴心抗压强度。试件制作的详细过程如下：首先向一根350mm长的GFRP管内浇注混凝土，接近管顶时，将事先切割好的钢管放入混凝土内（保证钢管伸入GFRP管内的长度为钢管总长度的一半），接着将混凝土灌满并振捣密实，再将另一根350mm长的GFRP管放在第一个刚浇注完的GFRP管上，对齐后向管内浇注混凝土，边浇注边振捣，直到灌满并振捣密实，

7、将表面抹平，从而形成钢管连接的GFRP管混凝土构件，试件的制作过程，见图2。2302014年第35卷S2(a)GFRP管材制作(a)themakingofGFRPtube(b)混凝土浇筑(b)thepouringofconcrete图2试件制作1.3测量内容与方法1.3.1测量内容本次试验测量内容，主要如下：（1）试件的轴向荷载；（2）试件的轴向变形。1.3.2测量方法（1）荷载测量试验在5000kN压力机上进行，通过预先制作的加载板与实验机连接，来传递轴向荷载。为了确保试件处于理想的受压状态，每

8、次试验前先对试件进行预压，通过轴向位移计与应变片的读数对试件进行调整。加载时，以GFRP管纤维拉断时的荷载值作为极限荷载值。试验装置，见图3（a）。（2）变形测量沿试件轴向对称布置了电测位移计，用以测量试件的轴向变形。位移计布置情况，见图3（b）。（a）试验装置（b）位移计及应变片布置图3试验装置及测点布置示意图1.4加载方案试验采用GFRP管与核心混凝土共同受压方式，直接通过压力机上下承压板对试件加载。加载设备为5000kN压力机，加载方法采用单调分级加载，具体步骤：(1)试件就