FRP约束圆形钢管混凝土柱的循环侧向响应
摘要：钢管混凝土（CFT）柱在许多结构系统中被广泛用作柱，这种管柱的常见失效模式是柱端附近无弹性的向外局部弯曲。最近已经提出使用纤维增强聚合物（FRP）护套/包裹物来抑制这种局部弯曲，并且已被证明在改造/加强和新建中具有极好的潜力。本文介绍了对大型FRP约束CFT（CCFT）柱在轴向压缩和侧向荷载组合作用下的性能进行实验研究的结果。测试参数包括FRP护套的刚度和载荷情况。测试结果表明，FRP护套可以有效地延迟甚至防止悬臂CFT柱末端的向外局部弯曲，从而在持续的恒定轴向压缩和循环侧向载荷共同作用下显着改善结构性能。与单调侧向载荷相比，发现周期性侧向载荷会在柱端附近引入更严重的局部变形，并可能导致该区域内FRP较早破裂。
关键词：循环侧向荷载 混凝土 钢管 纤维增强聚合物（FRP） 混合柱 管状柱
- 简介
钢管混凝土（CFT）柱被广泛应用于各种结构体系中。在CFT柱中，混凝土芯阻止了钢管的向内弯曲变形，但是非弹性的向外局部弯曲，会导致钢约束、强度和延展性的降低。实际上，圆柱通常不仅承受轴向压力，而且还承受侧向载荷，例如风荷载和地震荷载。对承受了轴向和侧向联合载荷的CFT柱进行了广泛研究（如[1-3]）。对于这样的柱，临界区域是弯矩最大的柱的末端。在地震载荷下，要求在这些临界区域进行较大的塑性旋转，而刚性和强度不会明显降低。在这种背景下，肖 [4]提出了一种新型的CFT柱，他将其命名为约束CFT（或CCFT）柱，其末端部分被钢管段或纤维增强聚合物（FRP）包裹。在这些柱子中，由于受到FRP或钢节段的额外约束，钢管的向内弯曲变形和向外弯曲变形均受到约束，因此可以在端部区域显着提高柱的延展性和强度。此外，混凝土还可以更好地约束在FRP或钢节段中[4,5]。CFT的这种FRP约束可用于结构加固，以提高强度和延展性，以及在新建筑中用于更延展和经济的结构[6]。
在肖的初步工作[4]之后，肖及其同事（如[7–9]）以及其他研究人员（如[10–16]）对FRP在CFT柱的结构性能改善方面的有效性进行了许多研究。作者小组对FRP约束的圆形CFT柱的轴向压缩性能进行了系统的研究。这项研究包括在圆形玻璃纤维增强塑料（GFRP）约束的CFT柱上进行单调轴向压缩[6]和循环轴向压缩[17]的一系列测试，以及CCFT[17,18]圆形承压混凝土的单调和循环应力-应变模型的开发。
尽管对CCFT柱的轴向抗压性能已有大量研究，但有关其抗震性能的实验研究却非常有限。有限的现有研究[7–9,14]总体上证实了圆形[8,9]和方形CCFT [7,14]的出色抗震性能。在本文中，提出了一系列大型悬臂梁试验，其中在组合的恒定轴向压力和单调或循环侧向载荷下对在柱端带有或不带有FRP的CFT柱进行了测试。设计测试的目的是为了更好地了解此类CCFT柱的性能，并检查两个重要测试参数，即FRP的刚度/类型和加载情况（即单调横向加载和循环加载横向载荷）。 据作者所知，目前没有现有的研究系统地检查过这两个参数。首先介绍了样品的细节和测试设置，然后介绍并讨论了测试观察结果。
- 实验程序
2.1. 样本细节
总共准备并测试了五个大型柱，其中两个在组合轴向压缩和单调侧向载荷（以下称为E型载荷）下进行了测试，而其他三个在组合轴向压缩和循环侧向载荷下进行了测试（ 在下文中称为F型加载）。在E型载荷下测试的两根柱包括一个CFT样品作为对照样品，一个CCFT样品带五层玻璃（GFRP）护套。在F型载荷下测试的三个柱包括两个样本，它们在名义上与在E型载荷下测试的两个样本相同，因此可以检查载荷情况的影响。他们还包括一个附加的CCFT样本，该样本带有六层碳FRP（CFRP）护套，因此可以检查FRP护套刚度的影响。所有这五根柱子都具有圆形截面，直径为318 mm，从横向载荷点到刚性钢筋混凝土（RC）基脚顶部的高度为1625 mm，长1500 mm，宽1400 mm，厚550 mm。所有样本中使用的钢管的厚度为3 mm，导致Douter/ts比为106。对于三个CCFT样本，应用了FRP护套对距柱脚500 mm的塑料铰链区域提供额外的约束。表1总结了所有样本的数据。
表1
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