倒角半径对碳纤维布约束型钢混凝土矩形短柱轴压性能的影响

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在对纤维材料约束混凝土柱的轴压性能研究现状进行总结分析后,本文通过试验设计了对比组、倒角一组和倒角二组共13组构件,分析了型钢、倒角半径与碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)布包裹层数对碳纤维布约束型钢混凝土矩形短柱轴压性能的影响。试验中约束柱破坏形式均为型钢和纵筋先后屈服,随后核心混凝土被压碎,最后碳纤维布达到极限拉应变而破坏。通过试验结果分析可知,随着倒角半径的增大,构件的承载力逐渐提高,倒角处的应力集中也相应的减缓,碳纤维布的有效拉应变增大,内部混凝土受到的约束作用越大,构件在整体横截面减小的情况下承载力依然提高,且随着倒角半径的增大构件破坏模式由弱约束向强约束转化,荷载位移曲线中的下降段逐渐消失;另外,随着碳纤维布包裹层数的增加,构件的延性显著提高。在试验的基础上,采用ABAQUS软件对碳纤维布约束型钢混凝土矩形短柱进行数值模拟,重点分析了混凝土截面在纵向的应力分布以及碳纤维布的应变分布,分析可知,倒角半径增大后,峰值荷载下构件中部混凝土横截面的竖向应力提高,但柱角部混凝土截面的竖向应力降低;另外,随着倒角半径的增大,碳纤维布的环向拉应变逐渐增大且逐渐趋于均匀。最后在数值分析及已有理论的基础上,得出考虑倒角半径的等效圆模型,并结合提出的等效圆直径,建立了碳纤维布有效拉应变与倒角半径关系的表达式,通过混凝土三轴强度理论研究,得出第一主应力与第三主应力之比能较好的反映倒角半径对混凝土强度的影响,并在数值分析的基础上提出应力比σ1/σ3=0.003作为有效约束区与非有效约束区的界限,并将σ1/σ3=0.008作为增强区。
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