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空心FRP-凝土 - 钢管混凝土柱在静态循环弯曲载荷作用下的性能

Omar I. Abdelkarim，SMASCE¹; Mohamed A. ElGawady博士，M.ASCE²; Sujith Anumolu，SMASCE³; 艾哈迈德格尼，SMASCE⁴; 和格雷戈里E.桑德斯（PE）⁵

摘要：本文介绍了空心纤维增强聚合物（FRP） - 钢管混凝土（HC-FCS）柱与传统钢筋混凝土柱相比的抗震性能。 典型的HC-FCS柱由夹在外FRP管和内钢管之间的混凝土外壳组成。 HC-FCS柱代表紧凑的工程系统; 钢和FRP管一起作为固定模板。 钢管起到弯曲和抗剪加固的作用。 本文研究了三个大型柱 - 一个具有实心横截面的钢筋混凝土柱和两个HC-FCS柱。 每根柱子的外径为610毫米（24英寸），剪切跨度与直径之比为4.0。 钢管埋入钢筋混凝土基础中，嵌入长度为钢管直径的1.6倍，而FRP管仅限制混凝土外壳和基础顶部的截面。 HC-FCS柱表现出高达15.2％的侧向角位移，并且由于混凝土破碎和局部钢管屈曲而逐渐失效，其次是FRP破裂。 由于钢筋断裂，钢筋混凝土柱的失效率为10.9％。 平均简单梁理论高估了柱子的抗弯强度9％。 DOI：10.1061 /（ASCE）ST.1943-541X.0001905。 copy;2017美国土木工程师学会。

作者关键词：桥梁栏目; 预制柱; 复合柱; 空心柱; 地震荷载; 混凝土和砌体结构。

介绍

空芯混凝土柱已被用于包括新西兰，日本和意大利在内的地震区域的高桥梁柱。 使用空芯横截面可减少立柱的质量，从而减少桥梁自重，从而有助于减少惯性力。 研究人员调查了空心混凝土柱的抗震性能，该混凝土柱具有两个同轴钢筋层，使用横跨混凝土外壳厚度的大量横梁连接Mander等人 1983年; Yeh et al。 2001; Lee等人 2015年）。 尽管这种柱子具有延性表现，但在施工过程中需要大量的工作。

Montague（1978）提出了另一种形式的空芯横截面，其由夹在两个大致同心的钢管之间的混凝土壳构成。 Shakir-Khalil和Illouli（1987）开发了用于海底建造的双壳式气瓶

1Ph.D. Candidate, Dept. of Civil, Architectural, and Environmental Engineering, Missouri Univ. of Science and Technology, Rolla, MO 65401. E-mail: 1博士。 密苏里大学土木，建筑和环境工程系候选人。 科学和技术，罗拉，密苏里州65401.电子邮件：omar.abdelkarim@mst.edu

2Benavides Associate Professor, Dept. of Civil, Architectural, and En-2Benavides土木，建筑和En-

环境工程，密苏里大学。 科学和技术，罗拉，密苏里州65401（通讯作者）。 电子邮件：elgawadym@mst.edu

3Graduate Research Assistant, Dept. of Civil, Architectural, and Envir-3研究生研究助理，土木，建筑和环境科学系，

美国密苏里大学制药工程系 科学和技术，罗拉，密苏里州65401.电子邮件：sat6f@mst.edu

4Ph.D. Candidate, Dept. of Civil, Architectural, and Environmental Engineering, Missouri Univ. of Science and Technology, Rolla, MO 65401. E-mail: 4博士。 密苏里大学土木，建筑和环境工程系候选人。 科学和技术，罗拉，密苏里州65401.电子邮件：aagmr6@mst.edu

5Structural Development and Support Engineer, Bridge Division, Central Office Missouri Dept. of Transportation, Jefferson City, MO5桥梁部门中央办公室结构开发和支持工程师密苏里州杰斐逊城运输部门

65400.电子邮件：Gregory.Sanders@modot.mo.gov

注意。 本手稿于2016年1月2日提交; 2017年6月5日批准; 2017年11月17日在线发布。讨论期开放至2018年4月17日; 必须为单个文件提交单独的讨论。 本文是结构工程杂志的一部分，copy;ASCE，ISSN 0733-9445。

使用相同的横截面测试高空心柱。这种横截面的柱已经被广泛研究（Anumolu等人 2016; Huang等人 2013; 富歇 和Bruneau 2010; Yagishita等人 2000; Hajjar 2000; Han等人 2004; Shakir-Khalil和Illouli 1987年）。 这些立柱与传统构件如钢或钢筋混凝土相比具有明显的优势。 钢管充当固定模板，纵向和剪切增强材料，以及连续的限制混凝土芯，与传统钢筋混凝土空心柱相比，增加了构件的延展性和强度。 此外，混凝土外壳延缓了钢管的局部屈曲（布拉德福德等人。 2002年）。 滕等人。 （2004）介绍了一种称为混合纤维增强聚合物（FRP）混凝土双层钢管的新柱，它由外部FRP管，内部钢管和夹在两个管之间的混凝土外壳组成。 除了空芯混凝土柱的优点之外，空心FRP - 混凝土 - 钢（HC-FCS）柱双层系统结合了三种材料的优点：钢，混凝土和FRP。 与钢管相比，纤维增强聚合物管具有更高的强度：重量比和更高的耐腐蚀性（Youssf等人。 2015年, 2016; Qasrawi等人 2015年; ElGawady 和Dawood 2012; ElGawady和Sha#39;lan 2011; Sadeghian和Fam 2010; ElGawady et al。 2010; 朱等人 2006年; 邵和Mirmiran 2005; Fam等人 2003; 张和Shahrooz 1997年）。 混凝土填充纤维管中的混凝土芯密封在FRP管内部，收缩应变可忽略不计（Mirmiran 2003）。 这个结论可以扩展到HC-FCS柱。许多研究人员调查了HC-FCS的表现

不同载荷下的柱，包括轴向压缩，弯曲和轴向和弯曲载荷组合（Abdelkarim 和ElGawady 2016a; Abdelkarim和ElGawady 2015; 张 等人。 2015年; Ozbakkaloglu和伊德里斯2014年; Li等人 2014; 宇 等人。 2006年, 2010; Wong等人 2008年; 滕等人。 2005年, 2007）。 然而，这些先前的研究提出了具有低直径的样本：钢管的厚度（D_i= t_s）比率（例如D_i= t_s= 35）和

。

copy; ASCE 04017188-1 J. Struct。 工程。

厚的混凝土外壳厚度（即低空隙率）。 HC-FCS柱在不同的载荷下表现出很好的性能，包括冲击载荷，与钢筋混凝土柱相当（Abdelkarim和ElGawady 2016b, c).

Abdelkarim等人 （2017）研究了混凝土外壳与基础之间的界面连接以及钢管与混凝土外壳之间的结合处。 发现连接处在大约0.5％的横向角位移时开始变形，并且当横向角位移增加时连接处线性增加。 接缝

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