內置CFRP管的方鋼管混凝土軸壓短柱失效分析及延性優化

摘要：

為了分析內置CFRP管（碳纖維增強塑料圓管）的方鋼管混凝土軸壓短柱失效原因，并探索延性優化的方法，基于相關試驗的文獻資料，采用有限元方法對軸壓短柱工況進行計算，并結合試件剖析失效的原因。采用麥夸特法回歸分析，提出內置CFRP管的方鋼管混凝土柱延性優化初探計算式。結果表明：CFRP管破裂是內置CFRP管的方鋼管混凝土軸壓短柱最終失效的主要原因；內置CFRP管的方鋼管混凝土軸壓短柱的核心混凝土裂縫開展較普通方鋼管混凝土范圍更??；CFRP管粘結長度不足，會導致內置CFRP管的方鋼管混凝土軸壓短柱無法充分發揮力學性能。適當提高碳鋼約束比ξf/ξs，可以改善和優化內置CFRP管的方鋼管混凝土軸壓短柱的延性性能。

關鍵詞：

方鋼管混凝土；CFRP管；有限元計算；失效；延性優化

中圖分類號：

TU224

文獻標志碼：A

文章編號：16744764（2014）040002206

隨著方形鋼管混凝土在實際工程中的應用日趨廣泛以及研究的不斷深入，衍生出各類新型方鋼管混凝土。這些新型方鋼管混凝土大部分是通過某些措施（設置隅撐[1]、設置拉桿[2]、設置鋼肋[3]、復式鋼管[45]和外包CFRP[67]）來增強方鋼管對核心混凝土的約束作用或增強方鋼管的穩定性，進而提高方鋼管混凝土的極限抗壓承載力等力學性能。王先鐵等[89]對方鋼管混凝土框架與帶肋方鋼管混凝土梁柱節點的研究均表明：較之良好的承載力，具有較高延性的結構能更好地吸收與耗散地震能量，在抗震設計時顯得尤為重要。鋼管混凝土柱的軸壓破壞一般以混凝土壓碎作為標志，提高鋼管混凝土柱的延性就相當于增加混凝土壓碎前柱的變形能力或增加混凝土的極限壓應變。郎，等：內置CFRP管的方鋼管混凝土軸壓短柱失效分析及延性優化

結合方鋼管混凝土的施工便利性以及碳纖維材料優異的力學性能，李幗昌等[1014]對內置CFRP管的方鋼管混凝土的力學性能展開了試驗研究，分析了內置CFRP管的方鋼管混凝土柱工作機理，并提出了承載力計算式。筆者對文獻[1415]的試驗進行對比，對部分短柱進行剖解，分析短柱的承載力下降原因。利用ABAQUS通用有限元計算軟件進行計算，明確延性影響因素，并探索延性優化方法。