摘要
本课题提出了一种新型组合结构—高强箍筋增强UHPC管约束混凝土(Concrete-filledUHPCTube，CFUT)组合柱。其中：UHPC预制管在工厂预制成型，通过工厂成熟生产线制备和养护，能够保证材料达到其预期高性能；施工阶段，UHPC预制管可以直接作为施工模板；在结构使用阶段，组合柱中的UHPC预制管能够有效参与结构受力；进一步利用高强箍筋增强UHPC预制管，能够有效提升组合柱的可施工性、拉伸强度及延性。本文对高强箍筋增强CFUT组合柱轴压力学性能进行研究，主要内容和结论如下： (1)开展了高强钢箍筋增强CFUT组合柱轴压力学性能试验。以UHPC预制管、箍筋间距为设计参数，设计了外部为高强箍筋增强UHPC预制管，核心为普通混凝土的组合柱试件。对UHPC管制备工艺进一步优化，制备了高强钢箍筋增强CFUT组合柱并开展了轴压力学性能试验。研究表明：UHPC预制管能够有效提升组合柱的轴压承载力，并提升组合柱的前期刚度，在试件破坏后，UHPC保护层能够与试件保持较好的整体性；箍筋间距对于CFUT组合柱轴压力学性能影响较大，减小箍筋间距能够有效提升组合柱的承载力和延性。 (2)开展了FRP箍筋增强CFUT组合柱轴压力学性能试验。FRP筋具备高强度，高耐久性的特点，在海洋等腐蚀环境下与UHPC有更好的适配性。因此，以高强箍筋类型和箍筋间距为设计参数，在钢箍筋增强CFUT组合柱轴压试验的基础上，选用FRP箍筋对CFUT组合柱增强并研究其轴压力学性能。结果表明：箍筋类型对于组合柱承载力和前期刚度影响较小，但对试件的峰值后延性影响较大；减小箍筋间距对组合柱承载能力影响较小，但能够有效提升组合柱的峰值后延性。 (3)分析了关键参数对于高强箍筋增强CFUT组合柱轴压性能的影响规律。采用ANSYS/LS-DYNA软件对高强箍筋增强CFUT组合柱进行了有限元建模和求解，对比了模拟结果与试验结果，结果表明：本文建立的有限元模型能较好的预测高强箍筋增强CFUT组合柱轴压荷载下的应变响应，以及实现对组合柱裂缝开展情况和钢纤维受力情况的模拟。在有限元模型基础上，进一步参数化分析了UHPC管厚度、箍筋间距、箍筋强度和箍筋弹性模量对组合柱轴压力学性能的影响。 (4)研究了高强箍筋增强CFUT组合柱轴压理论模型计算方法。基于Mander模型的约束混凝土理论，结合高强箍筋约束混凝土柱轴压试验数据，建立了高强箍筋约束混凝土应力-应变关系计算式。对高强箍筋增强CFUT组合柱承载力组成进一步分析，分别建立了核心区约束混凝土和约束UHPC的应力-应变关系计算式，计算得到高强箍筋增强CFUT组合柱的荷载-应变全曲线计算模型。与试验结果对比，本文提出的荷载-应变计算模型能够较好地预测CFUT组合柱承载力和延性等轴压力学性能指标。
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