碳纤维钢骨-钢管混凝土柱抗震性能研究

2020-11-07李文超

商品与质量 2020年33期

李文超

安徽省产品质量监督检验研究院安徽合肥 230601

针对我国的建筑物来讲，大多数建筑在地震过程中都会受到破坏，尤其是大型建筑物，所造成的损失是非常巨大的。要想加强建筑物内部结构的稳定性，首先就要从钢管混凝土支柱入手，它是建筑物的主要支撑，因此钢管混凝支柱的力学性能，对整个建筑物的受力情况，有着直接的影响。

1 试验分析

1.1 试验变化过程

针对试验试件在不同荷载压力下的整体变化情况而言，主要包括一下几个阶段。第一阶段，刚开始施加荷载时，压力较小，试件基本不变化。第二阶段，当压力到达某个限度时，试件的表面出现裂缝，不过纹路非常小。第三阶段，压力逐渐加大，试件表面出现较为明显的白色纹路，随着不断增大的荷载，裂纹逐渐增大，直至出现表面的断裂。第四阶段，到荷载压力继续加大时，碳纤维增强塑料便会脱离混凝土表面，并且支柱表面的裂缝数量也会不断增多。第五阶段，位移控制阶段，随着压力加大，位移不断增大，角钢部位的混凝土也逐渐被破坏，然后裂缝会逐渐从下往上生长，当压力到达极限时，其支柱的整体裂缝宽度也会迅速扩大，直至断裂[1]。

1.2 滞回曲线分析

针对这几个试件进行分析，通过滞回曲线来观察其受力情况。首先，对于不同轴压比的试件来讲，其滞回曲线的变化情况基本类似，其变化情况主要分为三个阶段，首先是弹性变化阶段，皆以曲线上升的形式来变化，其次是梭形变化阶段，这个阶段曲线以平滑上升的趋势，最后是弓形阶段，该曲线的最后呈现一个弓字形状。由曲线可以看出，不同轴压比的试件变化基本类似，但也有一定变化规律，即随着荷载力度的不断加大，轴压比大的试件，呈现更大的下降趋势，即承载力越低。

图1 滞回曲线

1.3 骨架曲线分析

针对这几个试件的骨架曲线分析来讲，刚对试件施加压力时，其曲线没有明显变化，且都处于最底层，然后随着压力不断增加，曲线呈一次函数稳定上升趋势，直到到达相应的压力限度时，便会逐渐出现分支，其图像显示的曲线为高中低，因此其变化非常明显，这也便证明试件具有良好的可塑性。由曲线变化情况分析可知，在相同的情况下，试件的轴压比越大，承载能力越低的特点，这也是为什么在压力的后期试件的破坏会更加迅速[2]。

1.4 轴向变形曲线

针对几个试件的轴向变形曲线分析来讲，荷载压力施加初期，曲线变化幅度非常小，且密集，随着施加荷载压力不断增加，其变化的幅度也会相对增大，但是比较疏松。由变化曲线分析得知，随着压力不断增大，试件会逐渐进入破坏阶段。

2 试验结果

2.1 碳纤维层数的影响结果

由相关实验结论得知，不同纤维层数的试验试件，所受到的荷载压力也是不相同的，其变化过程主要包括以下阶段。首先，在荷载压力施加初期，其弹性变化的过程基本一致，都表现为不太明显，这表明不同碳纤维层对试件的基本刚度没有太大影响。但是对于碳纤维层数较大的试件，在所受到更大的压力荷载时，其曲线的转折点是不同的，即具有较多碳纤维层的试验试件，所承受的极限压力更大[3]。

2.2 钢管直径的影响结果

针对钢管直径大小对荷载能力影响的实验分析得知，就其骨架曲线的变化情况而言，对不同直径下的钢管混凝土支撑能力而言，其变化情况也是分阶段的，在骨架曲线的弹性阶段，其变化情况基本一致，不同直径的钢管都没有太大的受力作用，但是随着压力逐渐增加，直径更大的钢管表现的性能更加优越，并且有上图可看出，直径越大，曲线的下降趋势越小，即钢管所承受的荷载压力就越大。

2.3 混凝土强度的影响结果

就混凝土强度对承受能力的影响而言，其曲线的变化效果也比较明显，在相同的环境下，混凝土的强度越大，曲线所表现出来的峰值就会越高，即钢管混凝土支柱的支撑能力界限也就会越大，所承受的荷载压力极限也就会越高。但是也有一定限度，当混凝土的强度到达一定临界点的时候，随着混凝土强度的继续加大，对钢管混凝土支柱的整体荷载能力的影响便逐渐减降低。

2.4 轴压比的影响结果

在保证其他条件相同的情况下，对构件的轴压比进行测试发现，随着适当增大轴压比的比例，其变化的曲线会呈现下降趋势，这便表明支柱试件的承压能力有所降低。但是在下降初期，其变化比较平淡，即随着轴压比增大，曲线并不会出现明显的下降，但是到后期，香港去世便会加快，表明随着整体荷载压力的加大，受轴压比影响的支柱，所产生的破坏力也就越大[4]。