碳纤维布-不锈钢复合管海水海砂柱轴压行为

摘要

未来的工程建设项目面向远洋，传统建筑材料在生产、运输上不具备价格优势，使用海水海砂配制混凝土具有经济潜力。为充分发挥不锈钢高延性、碳纤维布(CFRP)轻质高强的特性，设计24根圆形CFRP-不锈钢复合管海水海砂柱并开展轴压试验，研究不锈钢管厚度和CFRP层数对试件破坏形态及荷载-应变关系的影响。研究表明：与FRP-碳素钢约束混凝土柱相比，不锈钢的应用使组合柱的极限应变提升23.6%～43.6%;CFRP断裂后，不锈钢厚度较大的组合柱多呈现局部鼓曲破坏，反之呈现剪切破坏；CFRP-不锈钢复合管海水海砂柱的荷载-应变曲线包含弹性、过渡、强化、平台4个阶段，且走势与含钢率相关；组合柱的初始刚度受不锈钢厚度影响较大，残余刚度受CFRP层数影响较大；不锈钢厚度增大和CFRP层数增加，都会提升组合柱的极限承载力和极限应变，提升幅度与两种材料在约束中的贡献度相关：不锈钢厚度由3.0 mm增加到4.5和6.0 mm,组合柱极限荷载分别提升11.0%～20.2%和8.3%～22.0%;CFRP层数由2层增加到4层，组合柱极限荷载提升35.5%～38.6%。结合试验数据采用3个指标对既有FRP-钢复合管混凝土柱计算模型进行评估，建议适用于CFRP-不锈钢复合管海水海砂柱的模型，模型计算结果与试验值吻合良好。

关键词

FRP-不锈钢复合管 / 海水海砂混凝土 / 轴压 / 约束 / 计算模型