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【土木院】土木院魏洋教授课题组在《Engineering Structures》等国际土木工程顶级期刊发表系列研究成果

时间:2021-11-29来源:土木院通讯员:向云飞摄影: 编辑:新闻中心阅读:字号:T|T

【南林新闻中心讯】近日,土木工程学院魏洋教授课题组同期在土木工程领域国际顶级期刊《Engineering Structures》《Composite Structures》和《Construction and Building Materials》等(均为中科院1区Top期刊)发表系列研究成果,南京林业大学为第一完成单位,部分研究内容与新加坡南洋理工大学Li Bing教授团队展开密切合作。研究成果得到国家自然科学基金和江苏省重点研究计划等资助。

论文"A novel seawater and sea sand concrete-filled FRP-carbon steel composite tube column: Cyclic axial compression behaviour and modelling"(论文链接:https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113531)提出了一种由FRP-碳钢复合管和海水海砂混凝土(SSC)组成的新型FRP-钢复合管海水海砂混凝土柱(SFSCT),FRP-碳钢复合管是将FRP片材包裹在钢管的内外壁上制成的。碳钢使得结构整体的延性大大提高,为此研究了该结构的循环受力性能,以评估静态抗震性能。研究了塑性应变、刚度退化等关键指标对循环轴压应力-应变行为的影响。研究发现内侧FRP对核心混凝土具有应变可恢复性能,同时可以抑制钢管局部屈曲变形。综合考虑了钢管和FRP的双重约束作用,提出了面向设计的完整的循环轴压应力-应变分析模型。研究结果表明,该新型结构相较于现有FRP-钢组合结构具有更好的循环轴压性能。

论文“Compressive behavior of rectangular concrete-filled fiber-reinforced polymer and steel composite tube columns with stress-release grooves”(论文链接:https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2021.114984)指出,钢管混凝土柱由于其优越的力学性能,广泛应用于工程实际中。当钢管混凝土柱承受纵向荷载时,往往是钢管的屈服导致结构破坏,从而使得钢管约束效应不能完全发挥。同时,由于钢管在复合结构中处于复杂的三向受力状态,难以对钢管环向约束效应进行精细化研究。论文设计了出一种由减压钢管、FRP和混凝土组合构成的FRP-开槽钢复合管约束混凝土柱结构。研究结果表明,该结构的承载能力和延性与FRP层数、倒角半径和钢管厚度密切相关,论文主要针对矩形截面柱展开,结合同期另一项圆形截面柱的研究成果Performance of circular concrete-filled FRP-grooved steel composite tube columns under axial compression(论文链接:https://doi.org/10.3390/polym13213638),建立了既适用于矩形截面,又适用于圆形截面的通用承载力计算模型。

论文“Compressive behaviour of FRP-steel wire mesh composite tubes filled with seawater and sea sand concrete”(论文链接:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125608)将钢丝网作为FRP管材的夹心层,形成FRP-钢丝网复合管,将其作为模板填充海水海砂混凝土形成新型FRP-钢丝网复合管海水海砂混凝土柱(SFWCT)。论文研究了在单调轴压荷载下,FRP层数、FRP类型和钢丝网层数对SFWCT柱的影响,包括应力-应变曲线、极限状态和破坏模式的影响,分析了FRP与钢丝网两种材料的相互约束作用机理。研究结果发现增加钢丝网厚度可以有效降低混凝土的损伤强度,防止试件因FRP突然断裂而立即失去大量承载能力,FRP断裂后的应力-应变曲线下降较为平缓,改善了FRP约束混凝土的脆性破坏状态,表明钢丝网可以有效提高海水海砂混凝土的延性。

论文“Axial compressive behavior of seawater sea-sand coral aggregate concrete-filled circular FRP-steel composite tube columns”(论文链接:https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2021.125737)提出了一种新型FRP-钢复合管约束珊瑚混凝土组合结构(SCCFCTs)。核心混凝土由海砂作为细骨料、珊瑚作为粗骨料和海水作为拌合水浇筑而成组成,FRP-钢复合管由FRP包裹在钢管的内外壁而形成,海水海砂珊瑚骨料混凝土(SSCC)填充于FRP-钢复合管。研究变量为钢管径厚比、FRP层数和FRP类型。根据不同的径厚比,试件的最终破坏模式分为剪切破坏和挤压膨胀破坏,FRP层数的增加和钢管径厚比的减小导致试件的极限承载能力和变形能力显著改善。论文模拟了SCCFCTs在轴压荷载下的完整应力-应变曲线。

系列研究成果聚焦于海水、海砂和珊瑚等海洋资源的开发,创新提出了多种新型约束混凝土组合结构,研究成果为海水海砂混凝土的综合利用提供了新的结构形式和设计理论支撑,其同样适用于工程结构加固和新建,尤其在海洋工程及近海工程具有良好的应用前景。

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