外贴CFRP布加固冷弯薄壁方钢管短柱轴心受压性能研究.doc

外贴CFRP布加固冷弯薄壁方钢管短柱轴心受压性能研究钢结构的稳定问题一直是工程应用中的技术难题,传统的钢结构加固方法可能会产生新的损伤和残余应力,而钢结构外贴FRP加固法则具有传统方法不具有的优势。目前,通过外贴FRP加固薄柔截面钢结构构件稳定性能的研究还非常有限。钢结构的屈曲问题一般发生在压应力区域,而FRP的优势在于优异的抗拉性能。如何充分发挥FRP材料的抗拉性能来限制和约束压应力区域的屈曲,是本项目研究的关键。文中首先对外贴FRP布的试件进行了轴心受压试验研究,16根试件的长度均为700mm,名义宽厚比为55.6,其中2根为未加固的初始对比试件,其余14根均外贴CFRP布。粘贴CFRP布的层数为2层和4层,采用横向、纵向和横纵组合3种外贴CFRP布的方式。试验结果表明:在轴心荷载作用下,外贴CFRP布可以提高试件的局部屈曲荷载、极限承载力和刚度,但加固未能改变试件先发生局部屈曲的破坏模式;CFRP布的粘贴方式和层数对其局部屈曲荷载、刚度和极限承载力有显著的影响,其中采用1横1纵重复交替粘贴4层后试件的稳定承载力提升幅度最大,可达45.3%;粘贴4层CFRP布的提升幅度大于2层,CFRP纵横组合粘贴方式优于纵向粘贴,同时,单纯纵向粘贴优于单纯横向粘贴;外贴CFRP布后,冷弯薄壁方钢管短柱的刚度有一定程度提升,虽然1横1纵重复交替粘贴4层承载力提升最大,但其刚度却并不是最大,刚度提升最大为2横2纵粘贴的构件,说明刚度的增加与承载力的提升不成比例。然后运用有限元软件ANSYS对原始构件和加固试件进行了数值分析,介绍了有限元模型建立的具体步骤,构件的分析方法为非线性分析,将分析得到的荷载-竖向曲线和极限承载力与试验结果进行了对比,验证了模型的有效和良好的适用性。最后采用文献[42]中的加固计算方法对横纵交替粘贴的构件的极限承载力进行了计算,基于该方法对CFRP布的弹性模量进行修正得到等效Ecf,来计算全部横向粘贴的构件,并和试验结果进行了对比分析,验证了计算方法在一定范围内的可靠性。