采用CFRP-ECC混合复合材料加固的方形混凝土填充钢管柱的轴向压缩性能

《Scientific Reports》：Axial compression behavior of square concrete-filled steel tubular columns reinforced with CFRP-ECC hybrid composite

　　

摘要

充混凝土钢管（CFST）在应用中常面临诸如抗压能力不足、易发生局部屈曲以及延性有限等问题。为了解决这些问题，本文提出了一种结合使用碳纤维增强聚合物（CFRP）和工程水泥基复合材料（ECC）的加固方法，即复合增强型钢管结构（CESC）。通过数值模拟研究了CESC的轴向压缩性能。研究人员开发了一个精细的有限元模型，并通过实验加载-位移曲线、破坏模式及极限承载能力进行了验证。基于该验证结果，进行了参数分析，探讨了CFRP网格尺寸、钢管壁厚比以及芯混凝土强度对CESC轴向压缩性能的影响。研究结果表明：将CFRP网格尺寸从40毫米减小到10毫米可使极限承载能力提高42.1%，并有效抑制局部屈曲现象；将钢管壁厚比从31.5提高至80.4可使承载能力提高54.1%，延性系数提高约30%；将混凝土强度从C30提升至C70可使承载能力提高48.8%，但延性的提升较为有限。此外，利用多元线性回归建立了承载能力的预测模型，并提出了一个用于CESC柱实际设计的修正理论公式。