摘要
河砂作为土木工程领域的大宗材料，近些年遭到了过度开采而日益短缺。海砂与河砂有着相似的力学性能，但由于氯化物的存在难以代替河砂直接使用。本文采用耐腐蚀的PVC/GFRP管约束海水海砂混凝土并作为芯柱置于钢管混凝土结构中，来阻绝氯化物对钢材的侵蚀作用。近些年以钢管、FRP管和混凝土等材料形成的组合结构层出不穷，有着不错的延性和耗能能力。该类组合结构形式多样，但大都采用环向抗拉强度较大的FRP管，较少采用价格低廉的PVC管，目前的研究也以组合柱轴压性能为主，对组合柱抗震性能以及不同材质内管对抗震性能的影响研究较少，针对以上问题本文对9个新型组合结构进行了低周往复荷载下的拟静力试验，主要研究内容如下： （1）通过对内置PVC/GFRP管海水海砂混凝土的钢管混凝土柱的抗震性能试验，主要分析的参数包括外钢管的形状和尺寸，内管的材料、尺寸和有无CFRP布包裹。根据最终的试验结果，对比分析了各个试件的破坏模式和抗震性能等方面特征。 （2）通过试验结果分析，本文中的组合结构都有着饱满的滞回曲线，抗震性能优良，最终的破坏模式也比较理想，均为压弯破坏。内管的材料和形式对于试件的峰值承载力影响较小，在一定范围内增加夹层混凝土的厚度可以略微提高构件的峰值承载力。圆形钢管试件的延性优于方形钢管试件，内置的GFRP管相对PVC管可以显著提升构件的延性性能，采用CFRP布来包裹PVC管的塑形铰区对于提升结构的延性和峰值承载力效果均不明显。不同材质内管的试件耗能性能也比较接近，其中PVC双臂波纹管耗能力最为突出。 （3）本文依据钢管混凝土和FRP约束混凝土等相关规范和文献，对方形和圆形的组合结构进行了轴心受压承载力、纯弯承载力以及压弯和压弯剪等复杂应力作用下的抗弯承载力计算，比较了三种规范计算公式和结果的差异。通过对比试验结果发现理论计算值和试验值较为接近，总体较为保守，偏于安全。 （4）本文采用有限元软件ABAQUS对不同试件进行建模并施加匀速的水平位移，绘制出了骨架曲线和应力云图。模拟结果的刚度和峰值承载力相比试验值较大，但总体比较接近，应力云图也能反映出试件的最终破坏形式，具有一定的参考意义。
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