中空FRP管钢筋混凝土短柱研究与展望.doc

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1、中空FRP管钢筋混凝土柱结构的研究进展周岩（大庆石化公司矿区服务事业部，黑龙江大庆163714）摘要：文中阐述了一种新型组合建筑构件—中空FRP管钢筋混凝土柱。该组合构件具有良好的耐腐蚀耐久性，并且自重轻，较实心组合柱经济。中空FRP管钢筋混凝土柱虽集中很多优点于一身，在工程结构中有着一定的应用前景。关键词：中空；FRP；管钢筋混凝土柱；研究进展中空FRP管钢筋混凝土柱是在FRP管实心混凝土柱和中空钢管混凝土柱的结构基础上组合的一种新型组合构件，它是由FRP外管、PVC或其它塑料管做内管以及两者之间填充配有纵筋的混凝土组成的新型组合

2、构件。其截面结构见图1。图1组合截面结构该新型构件的外管为主要包含环向或接近环向纤维的FRP管，纵向刚度很小，其主要作用是约束混凝土，使得核心混凝土处于三向受力状态，横向变形受到限制，承载能力和延性得到了提高以及提高抗剪承载力。1中空FRP管钢筋混凝土柱的优点实际工程中，实心FRP管混凝土通常被用于轴心受压或荷载偏心较小的压弯构件。然而，当构件长细比或荷载偏心率较大时，其承载力很大程度上将由其抗弯刚度控制，而实心FRP管混凝土靠近截面形心部位的材料并不能提供多少抗弯刚度，但却增加了构件的自重，同时构件截面也较大。为避免实心构件的上述

3、缺点而研究中空FRP管钢筋混凝土组合构件是有意义的。一方面可以提高结构的受力性能和抗震性能，减小结构自重，提高结构的抗弯刚度，便于构件运输和施工安装；另一方面在海洋、潮湿和盐碱地等恶劣环境下的建筑、桥梁和特殊结构具有良好的耐腐蚀耐久性等优点。该构件中混凝土作为主要纵向受力材料，由于混凝土的存在，又能缓解FRP管这种薄壁构件的屈曲。中空FRP管钢筋混凝土构件具有3个优点。（1）自重较轻，相对于实心钢筋混凝土构件而言，更节约了内部空心部分的混凝土；（2）施工方便，FRP外管和内管可作为施工时浇铸混凝土的模板；提高结构耐久性，耐腐蚀性能好

4、，特别适合沿海桥墩处的复杂环境，延性及抗震性能好；（3）采用FRP管，相对于钢管价格低，且后期维护费用低。FRP外管主要用作耐腐蚀保护层和混凝土的约束材料，故可相对较薄，而较普通钢筋混凝土空心构件而言，该种新型构件节约了浇铸混凝土所用模板的费用，在初始造价基本相当的情况下，该种新型构件作为受压构件的承载力在大部分受力状况下都大于空心钢筋混凝土构件，而延性和耐久性的优越性则更加突出。2应用现状在国内外已有对FRP管实心混凝土柱、FRP管实心钢筋混凝土柱、中空钢管混凝土柱、FRP-混凝土-钢管组合柱的实验研究和理论分析，加拿大的FamA

5、lnirZ在2001年对中空FRP素混凝土柱和双FRP管混凝土柱进行了试验研究[1，2]，试验结果表明中空FRP管素混凝土柱的延性相当，但其约束性能有所降低。如加入适当刚度的内FRP管，则中空双FRP管混凝土内空柱的强度能比拟实心FRP管混凝土柱的力学性能。2.1FRP约束混凝土柱应力—应变关系藤锦光等提出了FRP约束圆形截面混凝土柱应力—应变关系模型[3]；吴刚等提出了FRP约束圆形截面混凝土柱有软化段时的应力—应变关系模型；Youssef等在考虑截面有效约束的基础上提出了FRP约束方形截面混凝土柱应力—应变关系模型；Wu等提出了

6、基于强弱约束判别的FRP约束矩形截面混凝土柱应力—应变关系模型；胡波提出了改进的Popovics模型[4]，FRP约束混凝土柱应力—应变关系模型，既可用于预测圆形和矩形截面的应力—应变关系，也可用于预测有强化段时和有软化段时的应力—应变关系。FRP约束实心混凝土圆柱，混凝土所受的约束是均匀的，FRP约束的矩形和环形截面柱中，混凝土所受的约束是非均匀的，典型的FRP约束混凝土柱应力—应变曲线见图2。图2典型的FRP约束混凝土柱应力—应变曲线2.2FRP管组合受压构件力学性能我国对纤维增强聚合物的研究和国外相比，起步较晚。但经过我国学者

7、的努力也取得了很大的成就。2006年，吴东辉等[5]通过对FRP管混凝土轴心受压后期强化阶段力学特征及组成材料相互约束条件的研究，归纳出FRP管与核心混凝土的轴压极限应力预测公式，运用合成法得到FRP管混凝土的轴压极限强度，分析了各设计参数对组合结构轴压极限强度的影响。同年，滕锦光等人进行了FRP管-混凝土-钢管组合柱力学性能的试验研究，介绍了构件轴心受压和四点弯曲试验的结果，并分析和探讨了其力学性能。基于轴心受压试验所得到的应力—应变曲线，对受弯构件进行了截面分析，分析结果与试验结果基本吻合。2007年进行了圆FRP管－混凝土－钢

8、管组合轴心受压短柱的试验研究，结果表明，组合柱的抗压强度和荷载－变形曲线与FRP管的厚度有很大关系。Wong对圆FRP管－混凝土－钢管组合柱进行了轴压试验，结果表明虽然内部空心削弱了外部FRP的约束作用，但这种损失的约束作用完全可以由