合肥工業大學在碳纖維復材組合結構領域取得研究進展

2020-11-13 中國高校之窗

近日，合肥工業大學土木與水利工程學院王靜峰教授課題組在碳纖維復材組合結構領域取得研究進展，其論文Performance and design of partially CFRP-jacketed circular CFT column under eccentric compression發表在國際期刊Journal of Constructional Steel Research上，並被國際著名工程學科技網站Advances In Engineering（簡稱AIE）作為關鍵科學文章進行了專題報導。土木與水利工程學院2016級博士生沈奇罕為論文第一作者，王靜峰教授為通訊作者。

碳纖維及其複合材料是一類具有重大戰略意義的高性能新型材料，在航空航天宇宙空間事業、海洋開發以及土木、機械、運輸等工程工業領域有著廣泛應用，特別是在建築結構、道路交通和海洋工程中具有巨大的性能優勢和應用潛力。然而，碳纖維在建築結構中使用至今仍面臨著如碳纖維布界面粘結強度、提升效果和混凝土約束特性影響等一些關鍵難題。如何揭示結構構件在碳纖維復材的不同布置方式下的約束機理，對性能化設計和應用具有重要意義。

王靜峰教授課題組通過開展21根碳纖維間隔包裹圓鋼管混凝土柱的偏壓性能試驗，研究了不同材料強度和碳纖維復材布置對鋼管混凝土柱的破壞形態、承載力和延性等約束效果影響。基於有限元法建立了考慮碳纖維斷裂失效特性和混凝土約束狀態分區的理論分析模型，用試驗結果驗證了分析模型的準確性。研究對碳纖維的側向包裹工作機制、約束應力三維傳遞機理以及混凝土約束狀態分布規律進行了深入的分析和闡釋，提出了碳纖維復材在受壓構件中的優化布置方法，建立了碳纖維復材環向約束鋼管混凝土受壓構件的計算方法。研究發現，環向布置碳纖維復材與鋼管混凝土受壓柱的協同工作性能良好，碳纖維復材顯著提高了鋼管混凝土柱的受壓承載力，且限制了鋼管向外屈曲，提升了構件變形能力。該研究成果對碳纖維復材在建築工程中的發展和應用具有指導性意義，受到美國、英國和澳大利亞等國際著名學者的一致好評。

近年來，王靜峰教授課題組連續在土木工程領域Thin-Walled Structures、Engineering Structures、Journal of Constructional Steel Research等多本國際著名期刊上發表了涵蓋鋼結構與組合結構、智能建造和建築工業化、工程結構抗震減震等方向的重要研究成果60餘篇，研究成果被廣泛應用於實際工程。

Advances in Engineering於2005年在加拿大成立，其主要目的是及時快速地報導重要的科學研究成果和創新技術。AIE所報導的論文由國際專家顧問組選出，方向包括材料、化學、電子、機械、土木、生物醫學工程以及通用工程，中選率為以上領域發表論文總數的1‰。AIE擁有廣泛的讀者群，每月閱讀量高達85萬次，除受到全球主要研究機構的關注外，還被全球排名前50位的工程公司所連結，用於跟蹤全球最新突破性科技進展。

該項工作得到了教育部新世紀優秀人才支持計劃項目資助。

Advances in Engineering（AIE）報導原文連結：https://advanceseng.com/performance-design-partially-cfrp-jacketed-circular-cft-column-eccentric-compression/

相關文章連接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143974X19311393

（通訊員：劉用 沈奇罕 劉梅 劉紅平）

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