GFRP 管混凝土柱不同长细比轴压力学性能研究

2014-11-09张鑫鑫

山西建筑 2014年24期

张鑫鑫

(山西勤丰基础工程有限公司，山西晋城 048000)

1 概述

GFRP管混凝土柱是一种新型的组合结构，在实际工程中，轴心受压构件是极少遇到的，通常遇到的也是长细比较大的长柱，对于长柱由于荷载作用位置的不准确，材料的不均匀等原因造成了具有初始偏心距，在纵向作用下产生侧向弯曲及附加弯矩，进一步加大了初始偏心距，降低了构件的承载力。

本文通过对6根不同长细比的GFRP管混凝土柱进行研究，分析了不同长细比对其轴压性能的影响。

2 试验概况

2.1 试验设计

该试验选用了6根不同长细比的试件，GFRP管的内径均为200 mm，管壁厚度为5 mm，混凝土内均匀配置612钢筋。箍筋为φ6.5@100。试件编号见表1。

表1 试件编号

2.2 加载装置及测点布置

试验在5 000 kN压力机上进行，6根试件均为全截面受压。

在1/2，1/4柱高截面处分别均匀粘贴4组应变片(横向、纵向)，用于测量试件1/2，1/4高度处的轴向与环向应变。同时，在试件的弯曲方向沿柱子的四等分点，布置3个量程为10 cm的位移计，用于测量试件的侧向弯曲挠度。

该试验在正式加载前必须进行预加载，其目的是保证在正式加载时试件处在轴心受压状态下。在试件上下两端各放置球形铰，以保证试件两端铰支。当试件破坏后，由于球形铰的存在，试件会倒，我们用绳子将其固定。

该试验采用分级加载，根据压力机所连电脑得出的曲线，试件在弹性阶段，每级荷载为预估荷载的1/10。进入弹塑性阶段后，每级荷载为预估荷载的1/20，持载2 min～3 min。图1为加载装置及测点布置示意图。

图1 加载装置及测点布置示意图

2.3 试验现象及破坏形态

Z1:试件加载至1 700 kN时发现GFRP管泛白，加载至2 200 kN时在1应变片处发现白色螺旋条纹，继续加载至2 730 kN时听到了轻微的噼啪响声，当加载至2 912 kN时听到雷霆般的响声之后试件破坏。在2 730 kN～2 912 kN这个过程中一直伴随有连续的响声。试件破坏后，GFRP管沿其缠绕方向拉断，但在距试件两端各15 cm处GFRP管没有破坏。

Z2:加载至1 900 kN时，在柱中截面处出现白色螺旋条纹，加载至2 300 kN时白色螺旋条纹明显增多，继续加载至2 600 kN时听到连续噼啪声直至试件破坏(2 760 kN)，卸载后白色裂纹继续向两端延伸。破坏后裂缝贯穿整个试件，且在距柱底20 cm处GFRP管破孔，混凝土外漏，GFRP管对混凝土的约束作用非常明显。

Z4:加载至1 579 kN时距柱底25 cm左右处发现白色横向条纹，约长0.75周长，柱中截面处有白色螺旋条纹，加载至1 900 kN时，白色螺旋条纹增多，1 937 kN时听到噼啪响声直至2 298 kN时试件破坏。破坏后该试件的侧向弯曲比Z2明显，但也不是很大。在柱底端GFRP管完全破开一个孔洞，里面混凝土被压碎。

Z5:加载至1 050 kN时发现试件有比较明显挠度弯曲，加载至1 650 kN发现试件1/2高度处白色条纹明显，加载至1 933 kN时听到了轻微的响声直至2 162 kN时试件破坏。该试件破坏后挠度弯曲极其明显，且只有1/2柱高截面附近处的GFRP管发生了破坏，其他地方基本完好无损，且远没有达到混凝土抗压强度。

Z6破坏形态与Z5相似，在这里不一一介绍。对于试件Z5，Z6而言，根据其破坏过程及破坏形态可知，其破坏为明显的失稳破坏，挠曲变形非常明显。试件破坏时，GFRP管在挠度最大处发生破坏，其他地方管壁基本没有任何破坏，且管内应力明显小于其强度，GFRP套管对混凝土的约束作用不明显。试件破坏形态如图2所示。

图2 不同长细比试件破坏形态

3 试验结果分析

3.1 各试件极限承载力及极限压应变

表2给出了不同长细比试件的极限承载力与极限压应变。

表2 极限承载力与极限压应变

3.2 轴力—轴向应力应变分析

图3为试件轴力—轴向应变曲线图。根据此图可知:

1)随着GFRP管混凝土柱长细比的增加，其承载力有明显的下降。将试件Z1为对比柱，Z2～Z6试件的承载力分别下降了7.94%，10.74%，23.35%，27.89%，37.79%。造成这种现象的主要原因是:GFRP管随着长细比的增加，约束效果越来越差。因此，从长细比来分析，要想充分发挥GFRP管的约束能力，长细比不能过大，而应当在一个适当的范围之内。

2)随着长细比的增加，其变形能力也有了明显的下降。组合试件Z1，Z2，Z3有明显的屈服阶段，且为双线性曲线，但没有下降阶段。对于试件Z4，Z5，Z6弹性阶段明显小于前3个试件，但出现了明显的下降阶段。