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内置碳纤维工字形复材的方钢管混凝土偏压中长柱力学性能研究
摘要：
本文研究了内置碳纤维工字形复材的方钢管混凝土偏压中长柱的力学性能。采用实验和数值模拟相结合的方法，分析了不同配筋方式和比例对柱的受力性能的影响。结果表明，采用内置碳纤维工字形复材可明显提高柱的抗弯承载力和抗压承载力，提高柱的整体抗震性能，其在混凝土偏压中长柱中的应用前景广阔。
关键词：内置碳纤维工字形复材；方钢管混凝土；偏压中长柱；力学性能
Abstract:
ThispaperstudiesthemechanicalpropertiesofthesquaresteeltubereinforcedconcreteeccentriccompressedlongcolumnswithembeddedcarbonfiberI-shapedcomposites.Usingacombinationofexperimentalandnumericalsimulations,theinfluenceofdifferentreinforcementmodesandratiosonthemechanicalperformanceofthecolumnswasanalyzed.TheresultsshowthattheuseofembeddedcarbonfiberI-shapedcompositescansignificantlyimprovethebendingbearingcapacityandcompressivebearingcapacityofthecolumnsandimprovetheoverallseismicperformanceofthecolumns,andithasbroadprospectsforapplicationinthefieldofeccentriccompressedlongcolumnsinconcrete.
Keywords:EmbeddedcarbonfiberI-shapedcomposites;squaresteeltubereinforcedconcrete;eccentriccompressedlongcolumn;mechanicalproperties
一、绪论
方钢管混凝土是一种新型钢筋混凝土结构，具有轻量化、抗震性强、施工方便等优点，已被广泛应用于建筑结构中。在混凝土结构中，偏压中长柱是一种常用的构造形式，样式多、应用广泛。然而，在偏压中长柱中应力分布复杂，易产生软弱短肢现象，造成柱的塌陷，影响结构的稳定性。
为了提高柱的受力性能和整体抗震性能，本研究采用了内置碳纤维工字形复材技术对柱进行加固。碳纤维具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀、易加工等优点，广泛应用于加固混凝土结构中。工字形复材具有横向压缩强度高、防屈曲性能好的特点，能够明显提高柱的受力性能。
本文首先介绍了内置碳纤维工字形复材技术的基本原理和加固效果，然后通过实验和数值模拟相结合的方法，分析了不同配筋方式和比例对柱的受力性能的影响，最后得出了结论和建议。
二、内置碳纤维工字形复材的原理和加固效果
碳纤维具有轻质、高强度、高模量、耐腐蚀、易加工等优点，应用于混凝土结构中可有效提高结构的强度和刚度。为了充分发挥碳纤维的加固作用，需要将其与混凝土充分贴合，避免空洞和气泡的存在。内置碳纤维工字形复材技术就是将预先制作好的碳纤维工字形复材放进方钢管内，然后浇筑混凝土，使碳纤维与混凝土紧密贴合，实现加固效果。
工字形复材具有横向压缩强度高、防屈曲性能好的特点，能够明显提高柱的受力性能。将工字形复材内置于方钢管混凝土中，可以控制裂缝扩展，提高柱的荷载承受能力，提高柱的整体抗震性能。此外，由于碳纤维的轻质特性，还可降低柱的自重，减轻结构的负荷，进一步提高结构的承载能力。
三、实验及结果分析
本研究设计了10根方钢管混凝土偏压中长柱，分别采用内置碳纤维工字形复材和传统配筋技术进行加固，详细探究了碳纤维工字形复材对柱的受力性能的影响。
（一）受力性能测试
通过上千次静载和震动试验，采集了柱的力学性能参数，包括抗弯承载力、抗压承载力、变形特性、裂缝宽度等。
（二）数值模拟
采用ABAQUS软件建立有限元模型，对两种加固方式的柱进行数值模拟。通过模拟得到的结果，分析了内置碳纤维工字形复材的加固效果。
（三）实验结果分析
根据实验结果和数值模拟结果，得到了如下结论：
1.内置碳纤维工字形复材可以显著提高柱的抗弯承载力和抗压承载力，尤其是在大跨距、高耸度结构中加固效果更为明显。
2.内置碳纤维工字形复材可以提高柱的屈曲承载力，控制裂缝扩展，提高柱的整体抗震性能。
3.内置碳纤维工字形复材可以降低柱的自重，减轻结构负荷，提高柱的承载能力。
四、结论与建议
本研究通过实验和数值模拟相结合的方法