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内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱受力性能研究
摘要
为了提高钢筋混凝土结构的承载能力和抗震性能，本研究采用内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱作为研究对象，利用数值模拟方法和实验测试方法对其受力性能进行了分析。结果表明，在内部约束约束CFRP后，方钢管混凝土长柱的承载力得到显著提高，同时抗弯刚度和抗震性能也得到了明显的提高。因此，在现代建筑工程中广泛应用此类构件，能提高结构的安全性能和经济效益。
关键词：CFRP型材，方钢管混凝土长柱，承载力，抗弯刚度，抗震性能
Abstract
Inordertoimprovethebearingcapacityandseismicperformanceofreinforcedconcretestructures,thisstudyusedsquaresteeltubeconcreteaxialcompressionlongcolumnswithbuilt-inCFRPprofilesastheresearchobject,andanalyzedtheirstressperformanceusingnumericalsimulationmethodsandexperimentaltestingmethods.TheresultsshowthatthebearingcapacityofthesquaresteeltubeconcretecolumnissignificantlyincreasedaftertheCFRPisconstrainedinternally.Atthesametime,theflexuralstiffnessandseismicperformancearealsosignificantlyimproved.Therefore,thewidespreaduseofsuchcomponentsinmodernbuildingengineeringcanimprovethesafetyperformanceandeconomicbenefitsofthestructure.
Keywords:CFRPprofiles,squaresteeltubeconcretelongcolumn,bearingcapacity,flexuralstiffness,seismicperformance
一、引言
钢筋混凝土结构是现代建筑工程中广泛采用的一种结构体系，但其承载能力和抗震性能受到了严重的制约。专家学者们通过不懈的努力，提出了一系列增强混凝土和钢筋混凝土结构的方法，如在钢筋混凝土构件的表面包裹CFRP型材等。然而，这些方法仅仅能够弥补结构中某些部位的不足，并未对结构的整体性能做出显著的提升。
为了解决上述问题，本研究采用内置工字形CFRP型材的方钢管混凝土轴压长柱作为研究对象，利用数值模拟方法和实验测试方法对其受力性能进行了分析，旨在进一步提高这类构件的承载能力和抗震性能，为钢筋混凝土结构的设计和施工提供一定的参考。
二、实验原理及方法
2.1实验材料
本实验选用C30混凝土为主材料，用Q235B方钢作为钢管骨架，用内置工字形CFRP型材作为加强材料。方钢截面为200mm×200mm，壁厚为10mm，长度为1000mm。CFRP型材横截面为20mm×16mm，长度为200mm。
2.2实验设计
本实验采用了单因素多水平法进行设计，选取了加筋区域、CFRP型材数量、CFRP型材长度三个因素进行研究，分别设定了不同水平，共计27组试验，每个水平的试验样本重复3次。
2.3实验方法
本实验采用静力加载法进行试验，以50kN为间隔进行加载，观测试件的变形和破坏情况，记录其承载力和位移数据。
三、数值模拟
3.1建模参数
本研究采用有限元软件进行数值模拟，建立了方钢管混凝土长柱的三维模型。建模参数如下：单元类型-八节点体积单元；分析类型-非线性静力分析；材料参数-混凝土C30，钢Q345，CFRP型材。
3.2模拟分析
本研究在数值模拟中分别进行了方钢管混凝土长柱的弹性分析、初次裂缝分析和破坏分析，以探究其受力性能的变化规律。
四、实验结果与分析
4.1承载力
经过实验测试和数据处理，可以得出方钢管混凝土轴压长柱的承载力与加筋方式、CFRP型材数量、CFRP型材长度有关。其中加筋区域、CFRP型材数量、CFRP型材长度对承载力的影响程度依次增强。
4.2抗弯刚度
通过实验数据分析，可知在内部约束沾满CFRP后，方钢管混凝土长柱的抗弯刚度得到了明显的提高。
4.3抗震性能
根据实验结果显示，约束后的方钢管混凝土长柱在抗震性能方面有了显著提高。在相同加载下，约束前的柱子发生破坏的概率更高，而约束后的柱子具有更好的抗震性能。
五、结论
通过数值模拟和实验测试的结果可以得出以下