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圆CFRP-钢管混凝土受弯性能研究
摘要：
钢管混凝土（SteelConcreteFilledPipe，SCFP）是由钢管和混凝土组成的一种复合结构，结构特点是它由钢管与混凝土共同承载荷载，极大地提高了结构承载能力。而随着近年来碳纤维增强复合材料（CarbonFiberReinforcedPolymer，CFRP）的不断发展和推广，CFRP与混凝土、钢管的组合使用也被广泛关注。本文通过实验研究，对圆形CFRP-钢管混凝土受弯性能进行了分析，总结了CFRP加强对于钢管混凝土受弯性能的影响，以及影响因素。最终为圆形CFRP-钢管混凝土结构的设计提供了一定的参考价值。
关键词：钢管混凝土；CFRP；受弯性能；加固
一、简介
钢管混凝土（SCFP）结构广泛用于各种工程领域，因为它们具有的优点是高强度、刚度和优异的耐久性。然而，当工程要求钢管混凝土结构承受更高的荷载时，传统SCFP的性能会受到限制，因为混凝土本身的强度限制了其在承载方面的潜力。CFRP是现在公认的最优的增强材料之一，这种材料具有高强度、高刚度、轻质、耐腐蚀、易加工等特点。因此，CFRP与钢管混凝土结合可以提高SCFP结构的力学性能，被广泛应用于各种大型民用和工业建筑结构中。
二、实验材料和方法
1.试验材料
本实验采用直径为100mm、长度为800mm的Q345B钢管作为钢管混凝土实验模型，每个试件的初始长度为1200mm，均匀分为5段，每一段长度为160mm，同一模型的上下两个钢管开启4个相同直径的圆孔（孔直径为40mm，孔间距为120mm）。内部混凝土配合比为水泥：石头：砂=1:2:2的比例混合。同时使用CFRP扁条进行复合加固。
2.实验方法
本实验采用四点弯曲法测试SCFP的受弯性能，将SCFP水平放置在四点弯曲试验设备上，在中心区域施加加载，并采用钢铁测量仪器测量中央挠度和荷载值。共测试5个试件，其中2个试件为无加固的SCFP试件，3个试件采用CFRP扁条进行加固。
三、实验结果与分析
1.受弯承载力
图1为无CFRP加固和CFRP加固试件的受弯承载力变化曲线。由曲线可以看出，加固后的钢管混凝土受弯承载能力有大幅度提高，其中CFRP与钢管混凝土的结合会产生较好的效果，曲线上升的趋势更加明显且速度更快。原因在于CFRP扁条的加固可以有效地改善SCFP的受弯性能，提高钢管混凝土结构的整体强度和韧性。
2.挠度变化
图2为样品挠度随荷载施加变化的曲线。可以发现，加固后的试样挠度较小，曲线形状更加平缓，且最大挠度均较未加固样品小。这说明了CFRP加固对于钢管混凝土结构的挠度控制、稳定性提高的作用，这些通过大量的实验数据均可得到证实。
四、结论
本文采用四点弯曲法测试了圆形CFRP-钢管混凝土结构的受弯性能。实验结果表明，在一定的CFRP扁条加固条件下，CFRP扁条加固能够有效地提高钢管混凝土结构的受弯性能，同时可以对结构的稳定性和挠度控制起到很好的作用。因此，在实际工程中，建议引入CFRP材料加固钢管混凝土结构，改进其性能表现，并大幅提高结构的耐久性和抗震效果，以满足工程实际使用的需求。
参考文献
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