纤维-钢复合管混凝土在反复荷载下的力学行为研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来,钢管混凝土(cfst) 正被越来越广泛地用于工业厂房、高层建筑和桥梁等结构中。随着钢管混凝土的广泛应用,其发生火灾的危险性也不断增加;此外,由于腐蚀、设计或施工考虑不周以及建筑用途发生改变等都对钢管混凝土结构提出潜在的修复加固要求。

利用纤维增强复合材料(frp) 对混凝土或钢结构进行修复加固已成为当前国内外土木工程界研究和应用的热点。相比较而言,采用frp 材料对

钢管混凝土构件进行修复加固的研究还极为少见。事实上,利用frp 约束钢管混凝土,不仅可以提高钢管混凝土的承载力,还可以利用钢管混凝土具有较好延性的特点,弥补frp 约束混凝土在这方面的不足。

2. 国内外研究现状分析

近年来, FRP 以其高强、轻质、耐腐蚀等优点, 开始在土木与建筑工程结构中得到应用, 并受到工程界的广泛关注。在新西兰, Priestley 和Park 对沉管钢筋混凝土桥桩的抗震性能进行了研究。除了外包钢沉管被稍稍埋入基础垫层中以外, 其研究与套管钢筋混凝土柱十分相似。他们研究了钢管与内包的钢筋混凝土部分之间的组合效果。1986 年Sato 等人提出一种与套管钢筋混凝土柱相似的结构体系, 称为非粘结钢管混凝土(CFT)结构 。Tomii 在90 年代初又提出套管钢筋混凝土柱的一种新的结构型式。为了提高方形套管柱的使用效果,Tomii 进一步提出所谓的波纹管.日本大林组建筑公司在位于大阪的一幢高层钢筋混凝土结构的施工中, 首次将套管柱应用于实际工程。在这幢建筑中承受较大荷载的一楼各柱采用了方形套管柱。他们在方管内部焊接隔板以限制其平面外变形, 并且增强柱端附近潜在塑性铰区域的横向约束能力。

目前, FRP材料和钢材在工程结构中的应用和研究十分活跃, 我国沈阳建筑大学的王庆利博士和李帼昌在国际上率先开展了CFRP-钢管混凝土结构的研究工作，研究提出了一种全新的筒体内填混凝土结构型式，开辟了FRP在土木工程中应用的一个新方向。对CFRP-钢复合管内填混凝土试件轴压承载力和受弯构件-曲率关系展开研究。并发表多篇学术论文。

另外我国香港及国外研究人员也对纤维-钢复合管混凝土有大量研究。Yan Xiao，Kang-kyu Choi 研究发表《Conned Concrete-Filled Tubular Columns》；J.G. Teng ，Y.L.Wong研究发表《tress-Strain Behavior of Concrete in Hybrid FRP-Concrete-Steel Double-Skin Tubular Columns》等等。

3. 研究的基本内容与计划

内容：

本文首先根据实际的需要对纤维-钢复合管混凝土柱进行研究，得出适用于工程的材料构件制作流程和基本的材料选用原则。

通过不同参数的纤维-钢复合管混凝土柱的试验研究，测定纤维-钢复合管混凝土柱的承载力、强度、延性以及破坏的发展形态，研究纤维-钢复合管混凝土柱的极限荷载、极限应变。并通过理论分析，总结纤维-钢复合管混凝土柱应力-应变关系的特点，系统掌握圆纤维-钢复合管混凝土柱的力学性能特性，并提出纤维-钢复合管混凝土柱的受压承载力的计算方法。通过本论文的试验与研究，为今后的工程应用打下基础。

4. 研究创新点

本文主要利用最新的高科技材料frp材料和普通的钢管材料对混凝土柱进行增强，制作复合型的建筑材料。

这种材料既能解决钢筋混凝土尺寸、总重大，抗裂性能低的缺点，又能解决钢管混凝土易受腐蚀，不耐高温等缺点，还能节约纤维，降低成本。

并且经过增强后，极限承载力、极限压应变显著增加，限制延缓破坏的发生和发展，能够适应土木建筑中承重构件的要求。