studiu comparativ al coloanelor CFRP cu ciot Cfst sub compresie axială

rezumat

această lucrare a prezentat un studiu comparativ al coloanelor ciot tubulare din oțel umplute cu beton (CFST) cu trei tipuri diferite de confinare din polimer armat cu fibră de carbon (CFRP): CFRP circular exterior, CFRP circular interior și CFRP pătrat exterior. Mecanismul de compresiune și proprietățile fizice ale coloanei compozite au fost analizate în primul rând cu scopul de a investiga efectul de închidere al CFRP. Capacitatea portantă axială finală a acestor trei coloane CFST limitate la CFRP a fost calculată pe baza teoriei unificate a CFST și, respectiv, a teoriei echilibrului limitei elastoplastice. Între timp, testele corespunzătoare sunt adoptate pentru a valida fezabilitatea celor două modele de calcul. Prin analiza datelor, studiul a confirmat că rezultatele finale ale calculului rezistenței metodei echilibrului limită s-au dovedit a fi mai fiabile și aproximative la rezultatele testului decât cele ale teoriei unificate a CFST. Apoi, capacitatea portantă axială a coloanei CFST pure a fost prevăzută pentru a evalua raportul de îmbunătățire a capacității portante a celor trei tipuri de coloane compozite. S-a demonstrat că raportul mediu de îmbunătățire este de 16,4%, arătând că coloanele CFST limitate la CFRP au o aplicabilitate largă de inginerie. Printr-o analiză comparativă, acest studiu a confirmat, de asemenea, că CFRP circular exterior a avut cel mai bun efect de închidere, iar CFRP pătrat exterior s-a descurcat mai bine decât CFRP circular interior. Efectul de închidere al CFRP a crescut odată cu scăderea rezistenței betonului și a fost proporțional cu proporțiile relative de CFRP și oțel sub aceeași rezistență a betonului.

1. Introducere

polimerii ranforsați cu fibră de Carbon (CFRP) au fost utilizați pe scară largă în repararea și modernizarea structurilor deficitare în ultimele decenii, deoarece materialul CFRP legat extern sub formă de foi sau plăci este deosebit de potrivit pentru flexiune și forfecare . În multe domenii de inginerie, rezervoarele sau tuburile compozite CFRP-metal au fost utilizate pe scară largă, cum ar fi rezervorul de gaz utilizat în autovehicule și sistemul de conducte pentru transportul gazului sau lichidului de înaltă presiune utilizat în ingineria municipală sau ingineria chimică. Materialele CFRP, ca Jachete externe pentru închiderea coloanelor din beton armat, pot spori rezistența și ductilitatea . Proprietățile mecanice și fizice superioare ale CFRP le fac candidați excelenți pentru repararea și modernizarea structurilor metalice. Structurile tubulare din oțel umplute cu beton (CFST) au fost studiate și utilizate pe scară largă în ingineria civilă de mai mulți ani . Cu toate acestea , tuburile din oțel sunt susceptibile la degradare datorită coroziunii și secțiunii sale cu pereți subțiri înainte de întărirea betonului, ceea ce duce la scăderea rezistenței axiale a coloanei CFST . Prin urmare, tubul CFRP-metal poate fi utilizat și în ingineria civilă, de exemplu , tubul compozit CFRP-oțel umplut cu beton a fost utilizat ca coloană, iar CFRP a fost utilizat și pentru întărirea coloanei CFST deteriorate . După cum sa discutat de Gu , Li și colab. , și Wang și colab. , majoritatea cercetărilor efectuate s-au concentrat pe utilizarea CFRP pentru structura CFST. Foi sau plăci din fibră de Carbon sunt atașate la un tub de oțel sau beton într-un membru CFST pentru a-și crește capacitatea portantă și ductilitatea. S-a concluzionat că rezistența laterală finală și rigiditatea la încovoiere a coloanelor fasciculului cfst reparate de CFRP au crescut odată cu creșterea numărului de straturi CFRP. Între timp, ductilitatea specimenelor a crescut ușor odată cu numărul de straturi CFRP. Și, după cum sa discutat de Tao și colab. , cilindrul CFRP poate împiedica, de asemenea, flambarea coloanei ciot, ceea ce duce la îmbunătățiri dramatice ale flambajului și comportamentului postbuckling al întregului sistem. Wang și colab. a efectuat experimente de compresie axială pentru treizeci și două de coloane cfst circulare CFRP-limitate și douăzeci și patru de coloane cfst închise CFRP pătrate. Analizele rezultatelor testate arată că tubul de oțel și materialul său exterior CFRP pot coopera atât longitudinal, cât și transversal. Prin urmare, toate aceste studii se bazează pe conceptele că acțiunea complementară între tubul de oțel și beton a fost consolidată prin închiderea superioară a CFRP.

în urma cercetărilor menționate mai sus, au fost propuse și alte tipuri de coloane compozite. Karimi și colab. a propus un tip de coloane compozite din oțel-beton învelite în FRP, în care un FRP circular a fost plasat în jurul secțiunii i din oțel și a umplut betonul între secțiunea i din oțel și tubul FRP. Feng și colab. a propus o coloană de oțel-beton-FRP-beton care avea un tub de oțel pătrat ca strat exterior și un tub FRP circular înfășurat cu filament ca strat interior, cu beton umplut atât între aceste două straturi, cât și în interiorul tubului FRP. Rezultatele acestor studii au arătat că rezistența betonului, FRP și oțelului ar putea fi utilizată eficient în coloanele compozite.

toate aceste realizări de cercetare au confirmat faptul că coloana compozită are fezabilitatea sa în cercetarea teoretică și practica inginerească, arătând un mare potențial pentru mai multă dezvoltare. Rezistența la compresiune este un parametru important pentru membrii structurali, iar majoritatea cercetărilor enumerate mai sus s-au concentrat pe metoda suprapunerii pentru a calcula rezistența la compresiune finală, astfel încât au fost deduse formule diferite pentru fiecare secțiune transversală a coloanelor CFST limitate la CFRP. Prin urmare, scopul acestei lucrări este de a construi metode unificate aplicative diferitelor secțiuni ale coloanei compozite prin ideea teoriei unificate a CFST și teoria echilibrului limită. Obiectivul acestui studiu este de a investiga trei CFRP-uri tehnologice diferite pentru a consolida coloanele ciot CFST printr-un studiu comparativ al a trei tipuri diferite de confinare: CFRP circular exterior, CFRP circular interior și CFRP pătrat exterior. Mecanismul de compresiune și proprietățile fizice ale acestor trei coloane cfst limitate de CFRP au fost analizate în primul rând cu scopul de a investiga efectul de închidere al CFRP asupra coloanelor CFST. Sunt prezentate două modele teoretice de calcul pentru a obține capacitatea de compresiune axială a coloanelor cfst limitate la CFRP. Una este teoria unificată a CFST : coeficientul de confinare echivalent este propus luând în considerare diferite secțiuni ale tuburilor de oțel și cilindrilor CFRP, iar apoi formulele sunt derivate din teoria unificată a CFST pentru a prezice capacitatea portantă a coloanei compozite sub compresie. Cealaltă este metoda de echilibru limită elastoplastică: teoria forței unificate prin forfecare dublă (TDUST) este aplicată pentru a analiza starea finală a tubului de oțel și, respectiv, a betonului, iar apoi capacitățile portante finale ale coloanei compozite sunt obținute prin metoda echilibrului limită. Predicțiile teoretice au fost comparate cu rezultatele experimentale pentru a valida fezabilitatea celor două modele de calcul. În cele din urmă, efectele de închidere CFRP asupra capacității portante axiale au fost analizate prin compararea acestor trei coloane CFST limitate de CFRP.

2. Mecanism de lucru

pe baza rezumatului cercetărilor existente, sunt luate în considerare trei tipuri de coloane CFST închise CFRP cu diferite confinții CFRP, inclusiv CFRP circular exterior, CFRP circular interior și CFRP pătrat exterior, așa cum se arată în Figura 1. Cilindrul CFRP este înfășurat în afara coloanei circulare CFST de tip A; cilindrul CFRP este plasat în interiorul cfst pătrat de tip b, iar cilindrul CFRP este înfășurat în afara coloanei CFST pătrat de tip C. După cum se poate observa în Figura 1, tuburile de oțel împreună cu betonul limitat pot rezista remarcabil compresiei axiale, în timp ce Cilindrii CFRP pot asigura închiderea laterală a tubului de oțel sau a betonului direct și pot face coloana compozită să se comporte mai bine indirect.

(a)
(a)
(b)
(b)
(c)
(c)

(a)
(a)(b)
(b)(c)
(c)

Figure 1
Cross section types of CFRP-confined CFST columns. (a) Outer circular CFRP. (b) Inner circular CFRP. (c) Outer square CFRP.

după cum știm cu toții, în timpul procesului de comprimare a coloanelor compozite, există o deformare orizontală atunci când sarcina verticală acționează asupra întregii secțiuni. Luați exemplul tipului a din Figura 1, betonul este umplut în tubul circular înfășurat de foaia CFRP, astfel încât modelul său simplificat de stres poate fi reprezentat grafic în Figura 2.

Figura 2
model de stres în coloana compozită sub compresie. a) beton. (b) tub de oțel. (c) cilindru CFRP.

coeficientul de deformare orizontală a betonului a fost mic la începutul sarcinii axiale, astfel încât stresul lateral p din tuburile de oțel și foaia CFRP nu este evident. Odată cu creșterea compresiei axiale, deformarea orizontală a betonului începe să crească treptat, mai ales după cedarea coloanei. S-ar întâmpla multe microfisuri în beton după ce coloana a intrat în stadiul de plastic , dar atât cilindrul CFRP, cât și tubul de oțel pot limita betonul pentru a amâna extinderea acestuia. Betonul poate fi considerat comprimat tridimensional, tuburile din oțel pot fi considerate cilindri cu pereți subțiri, iar CFRP este doar la tracțiune în direcția circumferențială așa cum se arată în Figura 2. Starea finală ia în considerare următoarele moduri de defectare ale coloanei CFST limitate la CFRP: secționarea tubului de oțel și ruperea foii CFRP . Deși cilindrul CFRP nu are o contribuție directă la capacitatea portantă axială, foile de fibre transversale contribuie la creșterea rezistenței prin limitarea coloanei CFST în întregime (a se vedea tipul A, c în Figura 1) sau parțial (a se vedea tipul b în Figura 1), ducând la o rezistență la compresiune mai mare a coloanei. Prin urmare, înfășurarea CFRP poate duce la o îmbunătățire semnificativă a capacității de deformare axială inelastică înainte de flambare și la o capacitate de încărcare îmbunătățită după flambare.

3. Calculele prin teoria unificată a CFST

teoria unificată a CFST a fost prezentată de profesorul Zhong Shan-tong în 1993 . A considerat CFST ca un corp unificat și un nou material compozit a fost folosit pentru a-și studia comportamentele. A fost o nouă metodă de proiectare și simplificare a lucrărilor de proiectare. Teoria unificată a CFST a fost extinsă pentru a calcula rezistența la compresiune a coloanelor compozite CFST cu diferite materiale de limitare și diverse secțiuni transversale sub diferite încărcări . Pentru coloanele cfst limitate de CFRP, betonul este încă limitat direct de tubul de oțel, iar acest efect de limitare este absolut întărit de cilindrul CFRP. Un material compozit poate fi, de asemenea, luat în considerare pentru a evalua comportamentele sale, dar efectul de limitare ar trebui reevaluat derivând din tubul de oțel și cilindrul CFRP. Putem extinde lucrările de cercetare mai profunde în coloanele CFST limitate la CFRP, astfel încât este prezentat un coeficient echivalent de confinare, care poate fi exprimat caunde ,, și sunt zonele secțiunii transversale ale tubului de oțel, betonului și, respectiv, cilindrului CFRP; și sunt rezistența la randament a oțelului și, respectiv, CFRP; este rezistența la compresiune standard a betonului; și sunt coeficienții cu luarea în considerare a formei secțiunii materialului de limitare. Deoarece în coloana compozită există două materiale diforme pentru a limita betonul, efectul reținerii este diferit de secțiunea circulară la secțiunea pătrată. În general, coeficientul secțiunii circulare este luat ca parametru de bază 1, iar pentru secțiunea pătrată este 0,74 .

atunci rezistența compozită a coloanei ciot poate fi calculată prin formula derivată din teoria unificată a CFST, iar ecuația poate fi exprimată caunde și reflectă contribuțiile materialelor de limitare și, respectiv, ale betonului. Acestea pot fi calculate după următoarea formulă: unde este media ponderată a materialelor de limitare, incluzând atât tubul de oțel, cât și cilindrul CFRP, care se calculează cu

prin urmare, se recomandă utilizarea următoarei formule pentru a calcula capacitatea portantă a coloanei CFRP-Limited CFST ciot.unde este aria secțiunii transversale a întregii coloane și este capacitatea portantă calculată prin teoria unificată a CFST.

4. Calcule prin teoria echilibrului limită

4.1. Ipoteze de bază

în acest model teoretic pentru obținerea capacității de compresiune axială, putem analiza cantitativ cât de mult este influențată închiderea de tubul de oțel și CFRP. Interfața dintre tubul de oțel și foaia CFRP este constrânsă; stresul radial din tubul de oțel este ignorat, iar tubul de oțel este supus stresului biaxial; Materialul CFRP este elastic liniar și se ia în considerare numai stresul lateral, astfel încât se ia în considerare stresul de-a lungul direcției fibrei; stresul radial și stresul longitudinal sunt ignorate.

pe baza ipotezelor de mai sus, capacitatea portantă axială finală a coloanelor cfst limitate CFRP poate fi calculată prinunde și sunt capacități portante verticale ale tubului de oțel și , respectiv, ale betonului. este capacitatea portantă calculată prin teoria echilibrului limită. În starea de echilibru limită, fiecare parte a coloanei compozite poate fi analizată folosind TSUST .

4.2. Twin-Shear Unified Strength Theory(TSUST)

TSUST ia în considerare cele două tensiuni principale de forfecare mai mari și tensiunile normale corespunzătoare și efectele lor diferite asupra defectării materialelor. Când funcția de relație dintre ele atinge o valoare finală, materialul poate fi definit ca eșec în această stare care este formulată după cum urmează:unde,, și sunt tensiunile principale de forfecare,,, și;, și, sunt tensiunile normale corespunzătoare asupra elementului principal de stres de forfecare;,, și sunt tensiunile principale, inqu ; este un coeficient de ponderare, care reflectă efectul relativ al efortului de forfecare principal intermediar sau asupra rezistenței materialelor; C este egal cu rezistența materialului; este coeficientul de influență al stresului pozitiv asupra daunelor materiale. Notând raportul de rezistență tensiune-compresie ca, rescriem (7a) și (7B) în termeni de solicitări principale după cum urmează:

4.3. Formula capacității finale

prin principiul aceleiași zone, secțiunea transversală pătrată a tubului de oțel poate fi transformată într-una circulară. B și ts sunt lungimea laterală și grosimea tubului de oțel pătrat, iar ro și to sunt raza și grosimea tubului de oțel circular echivalent, respectiv. Formulele sunt prezentate după cum urmează:

între timp, deoarece închiderea oțelului pătrat este inegală de-a lungul laturii sale, factorul de reducere echivalent ar trebui luat în considerare pentru a reduce aceeași închidere a tubului de oțel circular echivalent. Denotând raportul grosime-lungime laterală, expresia factorului de reducere echivalent . Între timp, există zone de limitare eficiente și neeficiente ale betonului în interiorul tubului pătrat de oțel. În această lucrare, factorul de reducere a rezistenței betonului este considerat a ignora aceste două influențe. Factorul de reducere a rezistenței betonului este luat ca, Unde este diametrul interior al tubului de oțel circular echivalent.

modelul de stres simplificat al betonului închis este prezentat în Figura 2(a). Stresul poate fi explicat prin . Pentru . Înlocuindu-le în expresia de stres a TSUST, următoarea expresie poate fi obținută caunde este coeficientul de stres lateral. În TSUST, poate fi calculat prin coeziune și unghiul de frecare la starea de defectare a materialului. Conform testului Richart, a fost luat ca 4.1 pur și simplu aici; p este stresul lateral pe beton, iar stresul lateral pe beton este atât din tubul de oțel, cât și din cilindrul CFRP pentru tipul a și c așa cum se arată în Figura 1, deci poate fi exprimat prinunde sunt grosimea și raza cilindrului CFRP, respectiv; și sunt grosimea și raza tubului de oțel, respectiv. În timp ce pentru tipul b din Figura 1, betonul trebuie împărțit în beton exterior și beton interior sub diferite solicitări laterale. Betonul Exterior este limitat doar de tubul de oțel, dar betonul intern este considerat atât tubul de oțel, cât și cilindrul CFRP. Apoi, capacitatea portantă axială a betonului poate fi exprimată ca

așa cum se poate observa în Figura 2 (b), tubul de oțel este constrâns de betonul interior, astfel încât să poată suporta o sarcină verticală sub starea finală a întregii coloane, se presupune că este factorul de reducere a rezistenței tubului de oțel, iar apoi starea de stres a tuburilor de oțel poate fi explicată prin,,. Pentru și , înlocuiți-le în expresia de stres a TSUST, se poate obține următoarea expresie:

apoi a fost obținut ca 0.65 prin experimentare și date statistice, astfel încât capacitatea finală a tubului de oțel poate fi calculată prin

în cele din urmă, capacitatea finală a coloanei cfst limitate CFRP poate fi exprimată după cum urmează:

5. Comparație și analiză

cele trei tipuri de coloane CFRP-Limited ciot CFST prezentate în Figura 1 au fost testate sub compresie axială . Calculele și, obținute prin teoria unificată a CFST și, respectiv, teoria echilibrului limită, sunt enumerate în tabelul 1 împreună cu rezultatele testului . Rezultatele calculate ambele au un acord bun cu rezultatele testelor în cadrul unor erori mici mai mici de 20%. Comparând valoarea lui / și / prezentată în tabelul 1, putem constata că obținută prin metoda echilibrului limită este mai precisă și mai fiabilă decât obținută prin metoda teoriei unificate a CFST. Pe de altă parte, metoda teoriei unificate a CFST este simplă și ușor de realizat, deoarece consideră doar coloana ca un singur material compozit, în timp ce metoda metodei echilibrului limită sună complicată, deoarece aplică TSUST pentru a analiza fiecare componentă a coloanei compozite. Prin urmare, aceste două metode pot fi aplicate pentru a investiga capacitatea portantă axială a coloanelor CFRP-cfst limitate și pot oferi referință pentru proiectarea inginerească. Apoi, capacitatea portantă axială a coloanelor CFST pure poate fi prezisă prin metoda echilibrului limită pentru a evalua îmbunătățirea capacității portante datorită închiderii CFRP. Prin revizuirea rezultatelor încercărilor, rata de creștere a capacității portante este descrisă ca fiind expresia (Nt-NCFST)/NCFST așa cum se arată în tabelul 1. S-a constatat că rata medie de îmbunătățire a capacității portante a coloanelor CFRP limitate CFST este de 16,4% în comparație cu coloanele CFST pure. Deoarece foaia CFRP este foarte subțire, se demonstrează că capacitatea portantă a coloanelor compozite se îmbunătățește mai mult decât coloanele CFST pure corespunzătoare cu aproape aceeași zonă a secțiunii transversale. Prin urmare, este foarte aplicabil să se utilizeze CFRP pentru a consolida coloana CFST, iar coloanele compozite pot duce la economii semnificative în dimensiunea coloanei, care în cele din urmă realizează potența materială și aduc beneficii economice.

tipuri specimene (mm) (MPa) (mm) (mm2) (MPa) (mpa) (kN) (kn) (kn) (kn) / / CNFST (kN) (%) surse
a 1-2.5 0.17 1260 2.5 1013.2 350 40.15 1294 859.2 1176.5 1293.7 0.92 1.00 1060.5 22.0
1–3.5 0.17 1260 3.5 1440.4 310 40.15 1348 959.1 1285.4 1408.0 0.95 1.04 1175.5 14.7
1–4.5 0.17 1260 4.5 1880.2 310 40.15 1698 1103.6 1446.2 1575.6 0.85 0.93 1341.7 26.0
2–2.5 0.34 1260 2.5 1013.2 350 40.15 1506 859.2 1293.3 1430.9 0.86 0.95 1060.5 42.0
2–3.5 0.34 1260 3.5 1440.4 310 40.15 1593 959.1 1395.0 1540.1 0.86 0.97 1175.5 35.5
2-4.5 0.34 1260 4.5 1880.2 310 40.15 1846 1103.6 1505.4 1702.0 0.82 0.92 1341.7 37.6
b SC41 0.167 1500 4 2400 295 53.6 2215 1850.5 2175.8 2341.1 0.98 1.06 2090.1 5.9
SC42 0.334 1500 4 2400 295 53.6 2275 1850.5 2261.3 2443.7 0.99 1.07 2090.1 8.8
SC51 0.167 1500 5 3000 295 53.6 2485 2011.9 2326.4 2477.8 0.94 0.99 2244.0 10.7
SC52 0.334 1500 5 3000 295 53.6 2585 2011.9 2407.9 2356.7 0.93 0.91 2244.0 15.2
SC61 0.167 1500 6 3600 295 53.6 2710 2173.4 2472.8 2801.1 0.91 1.03 2394.3 13.2
SC62 0.334 1500 6 3600 295 53.6 2775 2173.4 2550.0 2677.3 0.92 0.96 2394.3 15.9
c A-1 0.111 4900 3.5 1960 300 22.3 1107 982.5 1166.3 1110.7 1.05 1.00 1015.9 9.0
A-2 0.222 4900 3.5 1960 300 22.3 1129 982.5 1272.3 1192.6 1.13 1.06 1015.9 11.1
A-3 0.333 4900 3.5 1960 300 22.3 1222 982.5 1380.2 1285.4 1.13 1.06 1015.9 20.3
B-1 0.111 4900 3.5 1960 300 26.4 1200 1055.0 1260.5 1228.5 1.05 1.02 1111.3 8.0
B-2 0.222 4900 3.5 1960 300 26.4 1237 1055.0 1365.7 1266.3 1.10 1.02 1111.3 11.3
B-3 0.333 4900 3.5 1960 300 26.4 1294 1055.0 1472.6 1305.6 1.14 1.01 1111.3 16.4
C-1 0.111 4900 3.5 1960 300 32.8 1204 1168.2 1409.3 1297.1 1.17 1.08 1261.1 -4.5
C-2 0.222 4900 3.5 1960 300 32.8 1300 1168.2 1513.8 1352.5 1.16 1.04 1261.1 3.1
C-3 0.333 4900 3.5 1960 300 32.8 1400 1168.2 1619.8 1405.9 1.16 1.00 1261.1 11.0
Din-1 0.111 4900 3.5 1960 300 40 1601 1295.6 1578.0 1502.1 0.99 0.94 1430.5 11.9
D-2 0.222 4900 3.5 1960 300 40 1742 1295.6 1682.2 1655.4 0.97 0.95 1430.5 21.8
D-3 0.333 4900 3.5 1960 300 40 1815 1295.6 1787.8 1797.6 0.99 0.99 1430.5 26.9
Tabel 1
Compararea calculelor și a rezultatelor testelor.

prin analiza datelor rezultatelor calculate și experimentale, se poate constata că rezistența betonului și proporțiile relative ale CFRP și oțelului sunt principalii parametri care influențează capacitatea portantă axială a coloanei compozite. Mecanismul de limitare a CFRP și îmbunătățirea capacității portante axiale trebuie validat, astfel încât proporțiile relative ale CFRP și oțelului sunt propuse în conformitate cu conceptul de coeficient echivalent de închidere (1). Proporțiile relative ale CFRP și oțelului iau în considerare rezistența, conținutul și efectul limitativ al formei secțiunii, adică

deoarece rezultatele încercării capacității portante a coloanelor ciot au un anumit grad de dispersie și unii parametri trebuie luați ca aceeași valoare, capacitatea portantă axială calculată Ncc este utilizată pentru a descrie raportul de îmbunătățire a capacității portante cu expresia (Ncc-NCFST)/NCFST, care reflectă funcția cilindrului CFRP de a limita coloana CFST, unde NCFST este valoarea calculată pentru raportul de creștere a capacității portante cu expresia (Ncc-NCFST) / NCFST, care reflectă funcția cilindrului CFRP de a limita coloana CFST, unde NCFST este valoarea calculată pentru raportul de creștere a capacității portante coloana cfst pură corespunzătoare. Ncc este obținut prin teoria echilibrului limită.

relația dintre (Ncc − NCFST)/NCFST și pentru cele trei tipuri de coloane compozite este prezentată în Figura 3. Cu referire la datele experimentale din tabelul 1, fck de tip b și de tip c este luat ca 40,15 MPa similar cu tipul A, iar Figura 3(A) arată relația dintre (Ncc − NCFST)/NCFST și sub aceeași rezistență a betonului. Relația este liniară și direct proporțională cu coloanele compozite învelite în CFRP cu CFRP circular exterior sau CFRP pătrat exterior, deoarece cilindrul CFRP exterior întărește întreaga coloană CFST. Dar pentru coloanele interioare circulare CFRP-limitate, nu există o proporție liniară, deoarece CFRP interior își întărește direct betonul interior. De asemenea, se poate constata că CFRP circular exterior are cel mai bun efect de închidere pentru a oferi cel mai mare raport de îmbunătățire a capacității portante la aceleași proporții relative de CFRP și oțel. Între timp, CFRP pătrat exterior se descurcă mai bine decât CFRP circular interior, așa cum se arată în Figura 3(A), adică CFRP, deoarece jachetele externe pot oferi o izolare mai bună decât cea internă. Pe de altă parte, alegem parametrii de bază ai coloanelor CFST închise CFRP pătrate exterioare din tabelul 1 pentru a obține relația dintre (Ncc-NCFST)/NCFST și sub rezistență diferită a betonului, așa cum se arată în Figura 3(b). Pentru fiecare grup, tubul de oțel și betonul sunt aceleași, astfel încât raportul de îmbunătățire a capacității portante este liniar și direct proporțional cu conținutul cilindrului CFRP. Dintre cele patru grupuri, odată cu scăderea rezistenței betonului, raportul de îmbunătățire a capacității portante crește odată cu îmbunătățirea proporțiilor relative de CFRP și oțel. Aceasta indică faptul că efectul de închidere al CFRP crește odată cu scăderea rezistenței betonului. Motivul este în principal că contribuțiile cilindrului CFRP sunt rezistența la deplasare a coloanei CFST, iar betonul cu rezistență redusă are o capacitate de deformare mai bună pentru a face CFRP să joace mai bine, în special în timpul procesului de postbuckling.

(a)
(a)
(b)
(b)

(a)
(a) (b)
(b)

Figura 3
relația dintre (Ncc-NCFST) / NCFST și . (a) fck = 40,15. (b) diferite fck.

6. Concluzii

această lucrare a prezentat un studiu comparativ al coloanelor ciot tubulare din oțel umplute cu beton (CFST) cu trei tipuri diferite de confinare din polimer armat cu fibră de carbon (CFRP): CFRP circular exterior, CFRP circular interior și CFRP pătrat exterior. Coloana cfst limitată CFRP profită nu numai de performanța bună a CFST, ci și de o îmbunătățire substanțială a închiderii mai mari a CFRP. Mecanismul de compresiune și proprietățile fizice ale coloanei compozite au fost analizate în primul rând cu scopul de a investiga efectele de închidere ale diferitelor CFRP asupra coloanelor CFST.

două metode bazate pe teoria unificată a CFST și metoda echilibrului limită elastoplastică au fost aplicate pentru a investiga capacitatea portantă axială a coloanelor CFRP-cfst limitate. Rezultatele calculate au un acord bun cu rezultatele testelor. Prin analiza datelor, studiul a confirmat că rezultatele finale ale calculului rezistenței metodei echilibrului limită s-au dovedit a fi mai precise și mai fiabile decât cele ale teoriei unificate a CFST. Apoi, capacitatea portantă axială a coloanelor CFST pure a fost prezisă pentru a evalua factorul de îmbunătățire a capacității portante provenind din închiderea CFRP. S-a demonstrat că raportul mediu de îmbunătățire este de 16,4%, arătând că cele trei tipuri de coloane CFST limitate la CFRP au o aplicabilitate largă.

CFRP poate crește semnificativ capacitățile portante ale membrilor CFST, deoarece acțiunea complementară între tubul de oțel și beton este consolidată prin CFRP. Relația dintre raportul de îmbunătățire a capacității portante și proporțiile relative ale CFRP și oțel este aproape liniară, în special pentru coloanele învelite în CFRP cu CFRP circular exterior sau CFRP pătrat exterior. Printr-o analiză comparativă, acest studiu a confirmat că CFRP circular exterior a avut cel mai bun efect de închidere, iar CFRP pătrat exterior s-a descurcat mai bine decât CFRP circular interior. Efectul de închidere al CFRP a crescut odată cu scăderea rezistenței betonului și a fost proporțional cu proporțiile relative ale CFRP și CFST sub aceeași rezistență a betonului.

disponibilitatea datelor

toate datele utilizate pentru această lucrare sunt disponibile publicului și accesibile online. Am adnotat întregul proces de construire a datelor și tehnicile empirice prezentate în lucrare. Am dat citări formale în referințele articolului. Deși nu ne-am bazat direct pe aceste surse pentru analiza empirică, aceste eforturi au confirmat înțelegerea noastră a domeniului de aplicare, a scării și a acurateței coloanelor CFST limitate de CFRP.

conflicte de interese

autorii declară că nu au conflicte de interese.

mulțumiri

autorii ar dori să recunoască sprijinul oferit de Fundația națională chineză pentru științe (Grant nr. 51478004). Între timp, sprijinul financiar de la Universitatea de Tehnologie din Hebei este, de asemenea, apreciat.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.