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    帶纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC層鋼管混凝土軸壓力學(xué)性能試驗(yàn)研究

    2022-06-10 04:29:52李寧景陳光明李召兵趙新宇
    關(guān)鍵詞:延性編織鋼管

    成 彤,李寧景,陳光明,李召兵,熊 焱,趙新宇

    (1.廣州市城建規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司, 廣東 廣州 510230; 2.華南理工大學(xué) 亞熱帶建筑科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510641)

    鋼管混凝土是一種在工程得到廣泛應(yīng)用的組合結(jié)構(gòu)形式,由混凝土澆筑在不同形狀的鋼管中形成.在鋼管混凝土中,鋼材和混凝土兩種材料在受力過程中能形成如下有利相互作用:鋼管對(duì)核心混凝土提供約束作用,使混凝土處于三向受壓應(yīng)力受力狀態(tài),后者強(qiáng)度與變形能力均得到顯著提升,同時(shí)鋼管還與混凝土共同受力,承受部分外力;而混凝土能對(duì)鋼管形成側(cè)向支撐,提升其抗屈曲能力.此外,鋼管還可以作為澆筑混凝土的模板、實(shí)現(xiàn)免模板施工[1-2].鋼管混凝土存在一些不足,如:耐腐蝕及耐高溫能力不足;受壓荷載較大時(shí),鋼管可能向外屈曲導(dǎo)致承載力下降[3].耐火性不足,一般涂抹防火涂料[4-5]加以解決.此外,還可以通過設(shè)置橫向增強(qiáng)措施(如設(shè)置栓釘、約束拉桿和箍筋等)和縱向增強(qiáng)措施(如縱向加勁肋、鋼骨和縱向鋼筋等)來提升鋼管混凝土柱的軸向受力性能.上述增強(qiáng)措施中,一部分還能提升鋼管混凝土柱的耐高溫性能(如設(shè)置箍筋、設(shè)置約束拉桿等);然而,大多數(shù)的增強(qiáng)措施都會(huì)增大鋼材用量,從而增加造價(jià)[6].因此,如何在增強(qiáng)鋼管混凝土受力性能的同時(shí),提升其耐久性及耐高溫性能,同時(shí)不增加用鋼量,是一個(gè)既有科學(xué)研究價(jià)值又有重要工程應(yīng)用價(jià)值,亟待解決的技術(shù)問題.

    ECC(Engineered Cementitious Composite)是一種具有多裂縫開展和應(yīng)變硬化特征的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料,具有受拉延性好、韌性高、耐久性好等優(yōu)點(diǎn);ECC的抗壓強(qiáng)度與普通混凝土類似,彈性模量略低于普通混凝土,但其極限拉應(yīng)變能達(dá)3%以上,最大裂縫寬度能控制在50 μm以內(nèi)(平均裂縫間距1 mm[7]).ECC中常用的纖維有PVA(聚乙烯醇)纖維、PE(聚乙烯)纖維及PP(聚丙烯)纖維等.現(xiàn)有研究通過對(duì)PVA-ECC、PE-ECC和普通混凝土的抗壓性能進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)PVA-ECC有更好受壓延性[8].常溫下PVA纖維能起到橋聯(lián)作用從而抑制裂縫發(fā)展,高溫時(shí)又能熔融形成水蒸汽溢出通道,有利于內(nèi)部水蒸氣壓力釋放,避免ECC發(fā)生爆裂,使得ECC在經(jīng)歷了高溫后的完整性優(yōu)于普通混凝土[9-11];因此,ECC除了具有上述受力性能及耐久性方面的優(yōu)點(diǎn)外,還具有較好的耐高溫性能.

    纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC(Textile-reinforced ECC)是將纖維編織網(wǎng)(textile)嵌入ECC基體中組成的一種新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用形式,以下簡(jiǎn)稱TR-ECC.與纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)混凝土(Textile-reinforced concrete,簡(jiǎn)稱TRC)和纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)砂漿(Textile-reinforced mortar,簡(jiǎn)稱TRM)相比,TR-ECC具有更好的韌性、延性及變形能力,能更好地控制裂縫開展(較細(xì)的多裂縫).因此,將纖維編織網(wǎng)與ECC材料結(jié)合,不僅能夠解決ECC中亂向分布的短切纖維(PVA)不能有效承擔(dān)荷載的問題,還能夠解決TRC開裂后導(dǎo)致基體剛度及承載的能力不足,同時(shí)能避免纖維編織網(wǎng)和基體界面因?yàn)榛w開裂早期脫粘的問題,提高纖維編織網(wǎng)與基體間的界面粘結(jié)性能,從而有效控制裂縫的發(fā)展,使該新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能(如延性及變形能力,后期剛度)和裂縫控制能力[12-13].Al-Gemeerl 與Zhu等[14]采用玄武巖纖維編織網(wǎng)和ECC基體相結(jié)合的方法,研究了其對(duì)于混凝土柱的約束效果.試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)玄武巖纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC具有限制混凝土圓柱膨脹的潛力,對(duì)被約束柱的延性和承載能力都有較大改善.高皖揚(yáng)等[15]開展了使用TR-ECC加固的受火后混凝土板(8塊)的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果表明:利用玄武巖纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC加固受火后混凝土板能夠有效抑制裂縫的開展;加固受火后混凝土板抗彎承載力提升幅度在 70%~200%之間;潘金龍等[16-17]研究了ECC外包鋼管混凝土柱的滯回性能和軸壓性能.試驗(yàn)結(jié)果表明:ECC包裹鋼管混凝土柱具有更高的承載力和更好的延性,累計(jì)耗能是相同幾何形狀的混凝土包裹鋼管混凝土柱的兩倍左右.因ECC層較厚,實(shí)際工程應(yīng)用時(shí)成本高,不經(jīng)濟(jì).盧亦焱等[18]則對(duì)采用碳纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC加固鋼管混凝土柱的軸壓力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究,研究了纖維編織網(wǎng)層數(shù)、鋼管徑厚比及混凝土強(qiáng)度對(duì)組合柱軸壓力學(xué)性能的影響.試驗(yàn)結(jié)果表明:ECC加固層能有效提升鋼管混凝土柱的承載力,且添加纖維編織網(wǎng)的試件表現(xiàn)出了更高的延性.但是,該研究測(cè)試的試件尺寸較小(圓柱體140 mm×500 mm),試驗(yàn)結(jié)果雖然初步證實(shí)了采用碳纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC加固鋼管混凝土柱的可行性,其實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值有待較大尺寸試件研究進(jìn)一步確認(rèn).另一方面,該研究中,TR-ECC加固層采用手工涂抹方式附著在鋼管混凝土柱表面,耗時(shí)較長,效率較低,控制ECC的厚度有一定的困難.

    現(xiàn)有對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件的研究多集中在其常溫力學(xué)性能方面,而對(duì)其耐久性與極端條件(如高溫或火災(zāi))性能的研究相對(duì)較少.針對(duì)鋼管混凝土的增強(qiáng)措施一般都會(huì)增加用鋼量,僅有小部分措施能同時(shí)增加其耐高溫性能及耐久性.TR-ECC作為一種新型ECC應(yīng)用形式,將其用于鋼管混凝土的外包加固,具有以下優(yōu)勢(shì):由于采用了具有良好的抗裂性能、韌性及抗高溫爆裂性能的ECC作為基體材料,同時(shí)由于使用纖維編織網(wǎng)作為增強(qiáng)材料,使TR-ECC的加固效果明顯高于ECC單獨(dú)使用,有望同時(shí)提升被加固鋼管混凝土的耐高溫性能及受力性能.由此,本文開展了帶纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC(TR-ECC)加固層的鋼管混凝土軸壓力學(xué)性能試驗(yàn)研究.帶纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC加固層有望實(shí)現(xiàn)以下效果:(1)作為保護(hù)層提升鋼管耐腐蝕能力不足;(2)作為保護(hù)層提升鋼管耐高溫不足;(3)作為約束措施抑制由于鋼管外屈曲,避免早期軸向承載力下降,從而提升其受壓力學(xué)性能.其中效果(3)的實(shí)現(xiàn)主要是由于帶纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC加固層有可觀的后期約束剛度.本課題系統(tǒng)研究了ECC厚度、纖維編織網(wǎng)層數(shù)、鋼管厚度及受高溫作用對(duì)帶纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC加固層鋼管混凝土軸壓力學(xué)性能的影響.

    1 試驗(yàn)概況

    1.1 試件設(shè)計(jì)與制作

    為研究帶TR-ECC層的鋼管混凝土力學(xué)性能,共設(shè)計(jì)了3組共9根較大尺寸組合短柱,如表1所示.試件編號(hào)含義如下:第一個(gè)字母S代表鋼管,其后數(shù)據(jù)代表鋼管的厚度(單位mm);第二個(gè)字母E表示ECC層,其后數(shù)據(jù)表示ECC層的厚度;第三個(gè)字母G表示纖維編織網(wǎng),其后數(shù)據(jù)表示纖維編織網(wǎng)的網(wǎng)眼間距.具體而言,9個(gè)試件包括2根鋼管混凝土柱(如S4、S8),2根帶ECC層鋼管混凝土柱(如S4E25、S4E50)及5根帶纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)ECC層鋼管混凝土柱試件(如S4E50G50、S4E50G25),其中,鋼管混凝土柱主要用于對(duì)比研究.所有試件鋼管外徑均為300 mm,高度均為900 mm,主要變化參數(shù)為鋼管厚度、ECC厚度及纖維編織網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸.鋼管使用的鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為Q345,混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30.試件主要參數(shù)如表1所示,構(gòu)件橫截面示意圖如圖1所示.

    表1 試件主要參數(shù)Tab.1 Main parameters of specimens

    圖1 試驗(yàn)試件截面圖示意圖Fig.1 Section diagram of test specimen

    需要指出的是:由于本研究中試件采用了接近實(shí)際工程的較大截面尺寸,試件ECC層最大厚度依據(jù)《建筑構(gòu)件耐火實(shí)驗(yàn)方法 第1部分:通用要求》(GB/T 9978.1—2008)[19],以按照ISO 834標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線升溫120 min鋼管表面溫度不超過400 ℃(大于此溫度鋼管受力性能將發(fā)生明顯退化[20])為原則,通過有限元分析選定.試件澆筑過程按照如下步驟進(jìn)行:(a)澆筑鋼管內(nèi)混凝土,(b)在鋼管外表面焊接栓釘,(c)將編織網(wǎng)固定在栓釘上,(d)固定GFRP管作為外模板,(e)在GFRP管和鋼管之間澆筑ECC,(f)去掉GFRP管模板(如圖2 所示).

    圖2 試件澆筑過程示意圖Fig.2 Process of casting specimen

    1.2 材性力學(xué)性能

    1.2.1 NSC/ECC材料性能

    普通混凝土的材料性能試驗(yàn)參考ASTM-C469/C469M-14[21]規(guī)范,澆筑了3個(gè)Φ150 mm×300 mm的標(biāo)準(zhǔn)圓柱體,在60 d測(cè)得的混凝土強(qiáng)度性能如表2所示.ECC的強(qiáng)度和彈性模量測(cè)試參考日本土木工程協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)[22],分別通過3個(gè)Φ100 mm×200 mm的圓柱體進(jìn)行受壓性能測(cè)試,同時(shí)準(zhǔn)備3個(gè)狗骨形試件進(jìn)行受拉性能測(cè)試,分別在試件試驗(yàn)階段(澆筑試件約7個(gè)月)和28 d測(cè)得的ECC材料性能如表3所示.

    1.2.2 鋼管材料性能

    試驗(yàn)所用鋼管為Q345有縫(焊接)鋼管,厚度有兩種,分別為4 mm和8 mm.參考GB/T 228.1—2010規(guī)范[23],在每種厚度的鋼管非焊接區(qū)沿縱向各切割了3根狗骨形試樣用于測(cè)量鋼材的屈服強(qiáng)度、彈性模量和泊松比.鋼管材性試驗(yàn)結(jié)果如表3所示.

    表2 混凝土材料性能Tab.2 Material properties of concrete

    表3 ECC材料性能Tab.3 Material properties of ECC

    表4 鋼材材料性能Tab.4 Material properties of steel

    1.3 試驗(yàn)裝置及測(cè)量方案

    研究試件加載均在華南理工大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室1 500 t長柱壓力機(jī)上進(jìn)行,加載裝置如圖3所示.位移計(jì)(LVDT)及應(yīng)變片測(cè)點(diǎn)布置如圖4所示.

    圖3 加載裝置圖Fig.3 Test set-up

    圖4 測(cè)點(diǎn)布置Fig.4 Arrangement of measuring points

    對(duì)鋼管混凝土試件及TR-ECC加固鋼管混凝土試件,在鋼管或ECC層試件中部處沿環(huán)向間隔90°共布置4個(gè)縱向應(yīng)變片和4個(gè)橫向應(yīng)變片,同時(shí)在每個(gè)試件的中部沿著環(huán)向等間距安裝了4個(gè)量程為100 mm的LVDT(即LT1-LT4)用以測(cè)量柱中高度450 mm范圍的軸向變形;此外,還安裝了兩個(gè)位移計(jì)LT5和LT6用以測(cè)量試件的軸向總變形.加載方式采用位移控制,參考柳欽[24]的軸壓試驗(yàn)方案,軸向應(yīng)變?cè)鲩L速率取10-5/s,位移加載速率取0.009 mm/s.在正式加載之前,對(duì)試件進(jìn)行預(yù)壓.施加10%的預(yù)估極限荷載,觀察軸向應(yīng)變片讀數(shù),按照如下方式檢驗(yàn)試件是否對(duì)中.試件上對(duì)稱位置2個(gè)軸向應(yīng)變數(shù)據(jù)之差在其平均值的±10%范圍內(nèi),然后進(jìn)行正式加載.加載至滿足以下兩個(gè)條件之一時(shí)停止加載:(1)荷載下降至85%峰值荷載;(2)試件到達(dá)最大荷載點(diǎn)后荷載下降至最低谷且開始出現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)(不考慮加載過程可能出現(xiàn)的荷載瞬時(shí)快速下降,然后回彈上升的情況,詳見論文第4節(jié)討論).

    2 試件破壞過程及破壞模態(tài)

    部分試件的典型最終破壞模態(tài)圖5所示.破壞模態(tài)及破壞過程歸納如下:(1)兩個(gè)CFST試件(S4和S8)的破壞過程和破壞模態(tài)基本相同,即當(dāng)豎向荷載增至約90%峰值荷載時(shí),鋼管受壓屈服,試件進(jìn)入彈塑性階段;當(dāng)豎向荷載到達(dá)峰值并開始迅速下降至峰值的90%時(shí),試件中部及附近開始發(fā)生膨脹,隨著荷載的繼續(xù)增加,局部屈曲現(xiàn)象逐漸明顯,試件上端部或下端部出現(xiàn)“象足屈曲”直至鋼管沿焊縫開裂,試驗(yàn)結(jié)束;(2)外包ECC或TR-ECC的鋼管混凝土試件:外包層一般在加載至第一個(gè)峰值荷載時(shí)出現(xiàn)一條明顯裂縫(肉眼可視),同時(shí)伴隨較大開裂聲響,荷載急劇下降隨后上升.隨著荷載的增加,其他細(xì)裂縫逐漸產(chǎn)生并發(fā)展,裂縫開展整個(gè)過程伴有滋滋聲,開裂處能看到ECC中的PVA纖維拔出,表明該處PVA逐漸失去橋聯(lián)作用.對(duì)于外包ECC層試件(S4E25及S4E50),試驗(yàn)后期ECC開裂開展非常明顯(裂縫寬度在5 mm以上)甚至完全脫落(S4E50);對(duì)于有纖維編織網(wǎng)的試件,裂縫發(fā)展相對(duì)緩慢,且試件破壞時(shí)外包層并未完全脫落,試件的完整性更好,個(gè)別試件(如S4E50G25)由于加載時(shí)間較長,試驗(yàn)停止時(shí)位移已達(dá)到試驗(yàn)機(jī)器量程,因此ECC層裂縫開展達(dá)到10 mm以上,同時(shí)鋼管變形更加嚴(yán)重;(3)去掉外包ECC層后,發(fā)現(xiàn)所有鋼管都存在向外鼓曲變形,有ECC外包層的試件鋼管變形情況要比無外包層試件(純CFST試件)的變形輕微.具體而言,對(duì)于鋼管厚度為4 mm的試件,外包層的存在對(duì)于鋼管的變形起到了一定的延緩作用.對(duì)于鋼管厚度為8 mm的試件,外包層的存在對(duì)于鋼管的變形起到了非常明顯的抑制作用(屈曲變形不明顯).對(duì)比外包ECC層及TR-ECC層的試件,發(fā)現(xiàn)僅有ECC層的試件局部屈曲變形較為明顯,而有纖維編織網(wǎng)(TR-ECC層)的試件屈曲變形不明顯或仍處于發(fā)展階段(上述S4E50G25除外).

    圖5 破壞模態(tài)圖Fig.5 Photos of failure modes

    3 荷載-位移曲線

    所有試件的荷載-位移曲線如圖6所示.圖6中,為了更加清晰顯示曲線規(guī)律,采用了全局圖(圖6(a))及局部放大圖(圖6(b))結(jié)合來展示.根據(jù)曲線的特點(diǎn),所示的荷載-位移曲線可以分類如下:第一類呈現(xiàn)“n”型,特征為曲線上升至頂點(diǎn)后平穩(wěn)下降,表現(xiàn)為良好的延性,為典型的鋼管混凝土荷載-位移曲線(試件S4, S8).第二類為“m”型,特征為曲線上升至第一個(gè)峰值后迅速下降,然后緩慢上升至第二個(gè)峰值點(diǎn),最后平穩(wěn)下降,在平穩(wěn)下降節(jié)段與“n”型曲線類似;所有的帶ECC與TR-ECC加固層的試件曲線屬于“m”型.對(duì)“m”型曲線進(jìn)行詳細(xì)比較可知:(1)當(dāng)ECC或TRECC層的厚度較大時(shí)(50 mm),曲線的第一個(gè)峰值荷載會(huì)明顯大于第二個(gè)峰值荷載,因此最大荷載出現(xiàn)在第一個(gè)峰值點(diǎn);同時(shí),第一個(gè)低谷點(diǎn)一般都小于最大荷載0.85倍(0.85Pk),因此,可以認(rèn)為極限狀態(tài)出現(xiàn)在第一個(gè)下降段.(2)當(dāng)ECC或TR-ECC層的厚度較小時(shí)(25 mm),第一個(gè)峰值荷載會(huì)略小于第二個(gè)峰值荷載,因此最大荷載一般出現(xiàn)在第二個(gè)峰值點(diǎn),而極限狀態(tài)一般出現(xiàn)在第二個(gè)下降段,一般為第二個(gè)低谷點(diǎn)(試件S4E25)或下降至0.85倍最大荷載對(duì)應(yīng)點(diǎn)(試件S4E25G25,S4E25G50).(3)網(wǎng)格的網(wǎng)眼尺寸大小對(duì)第一個(gè)峰值點(diǎn)后曲線的下降趨勢(shì)有一定的影響:一般纖維編織網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸越小,下降段剛度絕對(duì)較小(坡度較為平緩),同時(shí)第一個(gè)低谷對(duì)應(yīng)荷載較高,此現(xiàn)象與纖維編織網(wǎng)對(duì)ECC層內(nèi)裂縫開展的抑制作用相關(guān);但是圖6結(jié)果同時(shí)表明,纖維編織網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸對(duì)最大荷載的影響規(guī)律不明顯, 有待繼續(xù)深入研究.此外,需要指出的是,鋼管的屈服點(diǎn)(考慮軸向與環(huán)向應(yīng)力并由于von Mises確定)一般會(huì)發(fā)生在上述第一個(gè)峰值點(diǎn)之前(個(gè)別“m”型曲線會(huì)發(fā)生在第一個(gè)峰值后的下降段,如S4E50G50)并與該峰值點(diǎn)比較接近,而ECC層開裂(見表5)發(fā)生在所述屈服點(diǎn)之后并與上述峰值點(diǎn)接近,說明鋼管屈服導(dǎo)致較大塑性變形可能是出現(xiàn)ECC層開裂及荷載達(dá)到峰值的誘因.根據(jù)上述試驗(yàn)現(xiàn)象,可以得出如下結(jié)論:(1)較厚ECC層能明顯提升鋼管混凝土的承載力,但是會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)兩次峰值,可能導(dǎo)致試件延性下降(即出現(xiàn)“m”型荷載-位移曲線,原因詳見第4節(jié)“關(guān)鍵結(jié)果分析及討論”);(2)纖維編織網(wǎng)網(wǎng)眼尺寸對(duì)承載力影響規(guī)律不明顯,僅僅影響第一個(gè)下降段剛度,理論上可能影響延性,但是規(guī)律比較離散,有待繼續(xù)深入研究.

    圖6 荷載-位移曲線Fig.6 Load-displacement curves

    4 關(guān)鍵結(jié)果分析及討論

    本研究的關(guān)鍵結(jié)果表5所示.圖7~9為最大荷載、最大荷載對(duì)應(yīng)位移、延性系數(shù)的柱狀圖.需要說明的是,表5所示軸向剛度是通過荷載-軸向位移曲線初始上升段兩點(diǎn)(荷載為500 kN與3 500 kN)之間的斜率近似估算確定.由表5可知,ECC層及TR-ECC層加固明顯增強(qiáng)了鋼管混凝土的軸向剛度,其中厚度為50 mm厚的ECC層對(duì)軸向剛度的增強(qiáng)較為顯著,而纖維網(wǎng)格尺寸對(duì)試件軸向剛度影響不大.

    圖7 最大荷載柱狀圖Fig.7 Bar chart of maximum loads

    由圖7可知,25 mm厚ECC層對(duì)試件承載力(最大荷載)影響不大,而50 mm厚ECC層能明顯增加試件承載力,但是纖維網(wǎng)格尺寸對(duì)試件承載力影響不大.

    圖8顯示,ECC加固層可能大幅減少最大荷載對(duì)應(yīng)的位移,其中厚度為50 mm的ECC層對(duì)上述位移的減小非常明顯.造成上述現(xiàn)象的主要原因?yàn)殇摴荛_始屈服后,ECC層的裂縫迅速開展,隨后不能再與鋼管混凝土部分協(xié)同工作(詳見第3節(jié)論述)而導(dǎo)致試件荷載整體降低出現(xiàn)第一個(gè)峰值點(diǎn),后續(xù)加載過程中,由于鋼管材料進(jìn)入強(qiáng)化段及對(duì)混凝土約束效應(yīng)的增加,可能導(dǎo)致出現(xiàn)第二個(gè)峰值點(diǎn).

    圖8 最大荷載對(duì)應(yīng)位移柱狀圖Fig.8 Bar chart of displacements corresponding to maximum load

    圖9 延性系數(shù)柱狀圖Fig.9 Bar chart of ductility coefficients

    圖9表明:雖然25 mm厚的ECC層能導(dǎo)致加固試件延性系數(shù)有一定的增加,但是50 mm厚ECC層將導(dǎo)致加固試件延性系數(shù)明顯降低,這個(gè)是由相關(guān)試件的荷載到達(dá)最大值后快速降低并達(dá)到極限狀態(tài)直接相關(guān)[如圖6(b)]所示.另外,從圖7~9可知,纖維編織網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸除了對(duì)ECC層厚度為25 mm最大荷載對(duì)應(yīng)的位移有一定的影響外(網(wǎng)眼尺寸減小導(dǎo)致最大荷載對(duì)應(yīng)的位移增加),對(duì)其他主要結(jié)果的影響不大.

    表5 關(guān)鍵試驗(yàn)結(jié)果Tab.5 Key test results

    5 結(jié)論

    根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果及其分析,可以得到如下結(jié)論:

    (1)ECC層能有效增加鋼管混凝土試件的初期軸壓剛度及承載力,但是對(duì)變形能力(極限位移)及延性可能有不利的影響;主要原因在于ECC層雖然有較好的受拉延性及變形能力,但受壓時(shí)候的抗裂能力、變形能力及延性一般,導(dǎo)致在受壓構(gòu)件中,在加載后期ECC層不能與鋼管混凝土協(xié)同工作.增加ECC層厚度可明顯提升鋼管混凝土的承載力及初始軸向剛度,但是可能導(dǎo)致試件延性下降,出現(xiàn)兩次峰值(即荷載-位移曲線呈現(xiàn)“m”型);

    (2)纖維編織網(wǎng)能在一定程度上延緩或抑制ECC開裂后的裂縫發(fā)展,但是對(duì)初始開裂荷載影響不大;ECC加固層的開裂緊隨鋼管屈服之后,說明鋼管的向外變形及屈服是導(dǎo)致ECC加固層開裂的主要原因.纖維編織網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸除了對(duì)ECC層厚度為25 mm最大荷載對(duì)應(yīng)的位移有一定的影響外(網(wǎng)眼尺寸減小導(dǎo)致最大荷載對(duì)應(yīng)的位移增加),對(duì)其他主要試驗(yàn)結(jié)果的影響不大.后續(xù)研究中需要針對(duì)纖維編織網(wǎng)的影響開展進(jìn)一步的深入研究(含纖維編織網(wǎng)的層數(shù))以厘清其潛在影響.

    研究結(jié)果還表明,需要在后續(xù)研究中優(yōu)化纖維編織網(wǎng)的用量及布置,使之與ECC層厚度匹配,以能更好地起到限制ECC加固層裂縫開展作用,在增強(qiáng)ECC層對(duì)強(qiáng)度及剛度增強(qiáng)的同時(shí),避免上述對(duì)變形能力(極限位移)及延性的不利影響.

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