持載對(duì)FRP-混凝土-鋼雙壁空心柱軸壓承載能力影響

部分試件的典型最終破壞模態(tài)如圖4所示.

圖4 典型破壞模態(tài)
Fig.4 Typical failure mode

試驗(yàn)中觀察到的破壞過程為:柱身中部區(qū)域最先出現(xiàn)GFRP管泛白,接著會(huì)出現(xiàn)樹脂拉裂的聲音; 由于持載階段對(duì)GFRP管進(jìn)行了開孔處理用以監(jiān)測(cè)混凝土徐變^[21],使其有了一定初始缺陷,故在進(jìn)行軸壓試驗(yàn)之前對(duì)開孔區(qū)用水泥砂漿進(jìn)行了填補(bǔ),并纏繞與GFRP管相等剛度的CFRP布.此外,為防止端部效應(yīng)導(dǎo)致GFRP管提前破壞,對(duì)GFRP管端部也進(jìn)行了CFRP 條帶加固.在加載的過程中最先出現(xiàn)GFRP管纖維斷裂的位置為上述開孔部位所包CFRP布的上下兩端,隨著加載的進(jìn)行,試件中部開始出現(xiàn)GFRP管纖維拉斷,核心混凝土受到擠壓呈現(xiàn)鼓出的趨勢(shì),兩端GFRP也有拉斷現(xiàn)象.對(duì)比持載及未持載試件的破壞模態(tài)(圖4)發(fā)現(xiàn),二者基本無差別.

主要參數(shù)對(duì)試件的荷載-軸向應(yīng)變曲線如圖5所示.圖中軸向應(yīng)變由中部位移計(jì)測(cè)得位移轉(zhuǎn)換而來.

圖5 荷載-應(yīng)變曲線(標(biāo)“*”對(duì)比試件)
Fig.5 Load-strain curves(* refers to the reference specimen)

由圖5中可知:(1)持載對(duì)荷載-軸向應(yīng)變曲線的趨勢(shì)的影響非常有限.(2)持載僅對(duì)同類試件極限狀態(tài)(最大荷載及對(duì)應(yīng)軸向應(yīng)變)有輕微的影響,但是規(guī)律不明顯,如:對(duì)CFFT試件,持載一般會(huì)小幅降低最大荷載及對(duì)應(yīng)應(yīng)變,見圖5(a); 對(duì)DSTC試件,持載一般會(huì)小幅增加承載力.具體而言,對(duì)GFRP層數(shù)較薄的DSTC試件(DSTC-N-G6-0.3-S6),持載后,其最大荷載有一定的提高,但是對(duì)應(yīng)軸向應(yīng)變卻明顯降低,見圖5(b); 當(dāng)GFRP層數(shù)較多(DSTC-N-G12-0.3-S6)及鋼管厚度較大時(shí)(DSTC-N-G12-0.3-S12),持載一般使試件最大荷載及對(duì)應(yīng)軸向應(yīng)變均有小幅度增加,且僅GFRP厚度增加(鋼管厚度不增加),上述效應(yīng)更加明顯; 增加軸壓比能增加最大荷載及對(duì)應(yīng)應(yīng)變,而布置抗剪焊釘能增加最大荷載對(duì)應(yīng)應(yīng)變.持載對(duì)關(guān)鍵試驗(yàn)結(jié)果的影響見下一節(jié)(第4節(jié))討論.

本研究的關(guān)鍵試驗(yàn)結(jié)果如表2所示.圖6～8分別為最大荷載、最大荷載對(duì)應(yīng)軸向應(yīng)變、初始軸向剛度.需要說明的是,表2所示軸向剛度是通過荷載-軸向應(yīng)變曲線初始上升段兩點(diǎn)(100 με與0.4P_t對(duì)應(yīng)應(yīng)變,P_t為初始線性段與后期線性段之間的轉(zhuǎn)折點(diǎn),詳見趙程^[21])之間的斜率近似估算確定.

表2 關(guān)鍵試驗(yàn)結(jié)果
Tab.2 Key test results

圖6 最大荷載柱狀圖對(duì)比
Fig.6 Bar chart of maximum loads

圖7 最大荷載對(duì)應(yīng)應(yīng)變柱狀圖對(duì)比
Fig.7 Bar chart of axial strain at maximum load

圖8 初始軸向剛度
Fig.8 Bar chart of initial axial stiffness

由圖6可知,持載使CFFT試件承載力有微弱減小趨勢(shì),但是使DSTC試件承載力有增加的趨勢(shì)(增加最大為軸壓比為0.4試件,增加20.4%).圖7顯示,持載使CFFT試件最大荷載對(duì)應(yīng)應(yīng)變有微小減小,而使DSTC試件最大荷載對(duì)應(yīng)位移有微小增加的趨勢(shì)(GFRP層數(shù)為6層的試件除外).由圖8可知,持載后CFFT試件的初始剛度有明顯增加的趨勢(shì)(最大增加比例為43.9%),而使DSTC試件的初始剛度有小幅增加趨勢(shì)(最大增加比例為29.1%)或基本不變(如帶焊釘?shù)脑嚰拜SGFRP管層數(shù)6的試件).從表2可知,持載使GFRP管的開裂荷載及對(duì)應(yīng)的應(yīng)變有增加的趨勢(shì)(后者更加明顯),對(duì)CFFT試件此規(guī)律不明顯,可能原因在于持載階段,在GFRP管上開洞監(jiān)測(cè)混凝土徐變導(dǎo)致軸壓試驗(yàn)中開裂應(yīng)變?cè)黾?

本文對(duì)6個(gè)較大尺寸持載試件(其中5個(gè)試件為DSTC,1個(gè)為CFFT試件)進(jìn)行長期持載后的軸壓力學(xué)性能試驗(yàn),并將其與5個(gè)不持載的試件(其中4個(gè)試件為DSTC,1個(gè)為CFFT試件)進(jìn)行了對(duì)比研究.從本文的試驗(yàn)結(jié)果及其分析,可以得到如下結(jié)論:

(1)持載對(duì)DSTC及CFFT破壞模態(tài)幾乎沒有影響,兩種構(gòu)件在持載及未持載情況下,極限狀態(tài)均由GFRP管中部的纖維拉斷控制;

(2)持載對(duì)DSTC及CFFT荷載-軸向應(yīng)變曲線的影響非常有限,基本不改變曲線的形狀及趨勢(shì);

(3)持載使DSTC試件的承載力及變形能力均有較小幅度增加趨勢(shì),且后者增加的幅度更加明顯; 持載使CFFT的承載力及變形能力有微小的降低; 持載使CFFT及DSTC的初始剛度均有增加的趨勢(shì),但是存在試驗(yàn)數(shù)據(jù)離散現(xiàn)象.

上述初步實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:DSTC長期持載對(duì)其承載力及變形能力的影響非常有限,因此,在軸壓比為0.4及以內(nèi)時(shí)將其用于受力結(jié)構(gòu)長期持載時(shí)安全及可靠的.后期需要加強(qiáng)對(duì)大軸壓比持載后構(gòu)件力學(xué)性能的研究.