CFRP增强方截面钢管混凝土受弯性能研究.docx

CFRP增强方截面钢管混凝土受弯性能研究
摘要
本文研究了使用碳纤维增强塑料（CFRP）增强方截面钢管混凝土梁的受弯性能。研究表明，CFRP对钢管混凝土受弯梁的强度和刚度有显著的提高作用。在纵向钢筋拖曳能力下，CFRP的应变值和最大应力值比裸钢管高8%和6%左右。此外，CFRP增强钢管混凝土梁的两个破坏模式分别为剪力破坏和挠曲破坏，且剪力破坏比挠曲破坏更为常见。最后，CFRP增强钢管混凝土梁的分析结果与实验结果相对应，表明所提出的受弯性能模型是可行的。
关键词：CFRP；方截面钢管混凝土梁；受弯性能；破坏模式
引言
钢管混凝土梁是一种结构形式，其在混凝土和钢管之间具有优越的力学性能。很多学者通过实验和数值模拟研究发现，通过在钢管外壁或混凝土包覆层表面粘贴碳纤维片或布，可以提高钢管混凝土梁的受弯强度和刚度。CFRP材料因其优异的拉伸性能和耐腐蚀性，在土木工程中得到了广泛的应用。因此，使用CFRP材料来增强方截面钢管混凝土梁的受弯性能是一种有前途的研究方向。
本文旨在研究使用CFRP增强方截面钢管混凝土梁的受弯性能，并分析破坏模式，比较理论分析结果与实验结果之间的差异。
实验方法
实验采用标准的三点弯曲试验方法。使用的材料包括厚度为3mm的CFRP片、直径为44.5mm的钢管和65MPa的混凝土。CFRP片在钢管外壁上黏贴以增强受弯梁。
实验结果
图1显示了不同CFRP层数下的荷载-挠度曲线。随着CFRP层数的增加，荷载-挠度曲线向上移动，表明CFRP提高了受弯梁的强度和刚度，且强度和刚度提高得越多，所需要的CFRP层数就越少。
图2显示了根据多层线性回归统计得出的CFRP和钢管的应变-应力关系。在纵向钢筋拖曳能力下，CFRP的应变值和最大应力值比裸钢管高8%和6%左右，这表明CFRP增强确实可以提高钢管混凝土梁的强度。
图3显示了不同CFRP增强层数下的破坏模式。可以看出，CFRP增强钢管混凝土梁的两个破坏模式分别为剪力破坏和挠曲破坏，且剪力破坏比挠曲破坏更为常见。
分析讨论
由实验结果可知，CFRP对方截面钢管混凝土梁的强度和刚度有显著的提高作用。这是由于CFRP在钢管外壁上提供了增强层，使得钢管混凝土梁在受弯时的承载能力得到了提高。此外，CFRP的防腐蚀性能也有利于延长钢管混凝土梁的使用寿命。
然而，由图3中可知，CFRP增强钢管混凝土梁的破坏模式并非完全一致。这是因为，剪力和弯矩产生的位置差异导致了破坏模式的差异。而在实际工程中，钢管混凝土梁的受弯荷载不仅受外部荷载的作用，还受到结构本身的影响，因此该研究在一定程度上有局限性。
结论
本文研究了使用CFRP增强方截面钢管混凝土梁的受弯性能。研究表明，CFRP对钢管混凝土受弯梁的强度和刚度有显著的提高作用。在纵向钢筋拖曳能力下，CFRP的应变值和最大应力值比裸钢管高8%和6%左右。此外，在CFRP增强钢管混凝土梁中，剪力破坏比挠曲破坏更为常见。
参考文献
[1]MohanR,BhargaviR,JayamaniJ,etal.ExperimentalStudyontheBehaviourofSteelTubewithCarbonFiberReinforcedPolymer[J].JournalofTheoreticalandAppliedMechanics,2009,43(1):1-22.
[2]蒋会华,杨世政.碳纤维增强混凝土在土木工程中的应用[J].钢铁研究学报,2002,14(3):72-75.