间隔粘贴CFRP圆钢管柱承载力性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guyueer83
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使用纤维增强复合材料加固钢构件基本思路是先定位构件需要加固区域,然后根据纤维材料性能使用特定胶材将其粘贴到构件表面,待胶层固化后纤维材料和钢材共同受力,既增大了截面刚度,又分担了一部分使用荷载,并能达到结构使用要求。本文研究了采用碳纤维间隔包裹钢柱这样一种构造方式的合理粘贴间隔范围。其次引入加固承载力修正系数来考虑理论加固承载力和数值模拟承载力差异的原因,并绘制该系数与粘贴层数的关系曲线。最后在建立有限元模型的过程中,发现将粘结胶层和碳纤维组合成一种复合材料进行计算得到的结果与试验结果相似。具体工作如下:1、研究了碳纤维间隔包裹钢管这样一种构造方式对构件力学性能的影响,通过试验和数值模拟研究了粘贴间隔在30mm、50mm、80mm时钢管破坏形态、延性发展、承载力变化、控制截面的转移以及碳纤维发挥的作用,并进一步使用ABAQUS对粘贴间隔的密度进行了补充分析,分别模拟了间隔在40mm、60mm时构件的性能的变化,最终将5组构件共同比对,得到使用碳纤维间隔粘贴柱长1/43/4范围内的有效构造措施,为《钢结构加固技术规范》(CECS77:96)关于构造措施的补充提供参考依据。2、采用换算截面法,将碳纤维厚度换算到钢管中,求解出碳纤维加固钢管柱的理论承载力,但该法未考虑纤维材料在实际加固中易与钢材产生界面破坏而影响其承载力,为考虑该因素影响,使用ABAQUS计算软件计算了λ=3060范围6组共计18根纵向全包钢管柱的加固承载力,将其与理论承载力比较,引入修正系数((8),绘制缩尺构件(8)-9曲线,并结合相关足尺试件研究成果,提出适合工程实际的(8)-9包络图。3、在建立有限元模型过程中,将粘结胶层和碳纤维组合成一种复合材料,并对其分别赋予材料属性,然后将这种复合材料与钢管进行接触,来模拟实际中胶、CFRP、钢管的共同受力,该处理方法还考虑到了实际中胶层发挥的作用。本文最终验证了碳纤维间隔包裹钢柱这种构造方式的有效性:即CFRP间隔包裹钢管柱能提高构件承载力,但承载力提高幅度不超过7%。碳纤维粘贴间隔建议在3040mm之间可以显著提高构件延性,其他间隔与此相差最小达到15.66%。并通过试验得到使用30mm间隔包裹方式碳布发挥明显作用范围为柱长的1/3,间隔50mm、80mm包裹的碳布发挥明显作用范围为柱长的1/6,30mm间隔包裹方式碳布更能充分发挥作用,与钢管柱协同受力,形成一个良好的受力整体。另外得到了适用于足尺构件的加固承载力修正系数的包络图,得到((8)的浮动范围在0.981.08之间,并且随着长细比的增长,((8)也在增大,但是同一构件粘贴层数为2层时((8)数值最大。
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