1、第 45 卷第 4 期2023 年 8 月Vol.45 No.4Aug.2023土 木 与 环 境 工 程 学 报（中 英 文）Journal of Civil and Environmental EngineeringCFRP约束圆中空夹层钢管混凝土短柱轴心受压性能试验研究廖静,唐红元,岳兆阳,曾跃佳,周孝军（西华大学 结构工程研究所，成都 610039）摘要：对圆中空夹层钢管混凝土（CFDST）短柱和 CFRP 约束 CFDST(CFRP-CFDST)短柱进行了轴压试验，研究混凝土强度和 CFRP 粘贴层数对 CFRP 约束 CFDST 短柱轴压性能的影响，得到了 CFDST 短柱和 CF
2、RP约束 CFDST 短柱的典型破坏模式、荷载位移曲线及荷载应变曲线。试验结果表明：与 CFDST 试件相比，CFRP约束 CFDST 试件的极限承载能力显著提高，且贴布层数越多，钢管混凝土短柱的极限承载力越高。给出了避免内钢管先于外钢管屈曲破坏的内钢管最小壁厚计算式，并提出了 CFRP约束 CFDST 短柱的轴压极限承载力计算式，该计算式计算结果与试验结果吻合较好。关键词：钢管混凝土；短柱；碳纤维增强聚合物（CFRP）；极限承载力中图分类号：TU375.3 文献标志码：A 文章编号：2096-6717（2023）04-0124-09Experimental research on axial
3、 compression performance of CFRP-confined concrete-filled double skin steel tube stub columnsLIAO Jing，TANG Hongyuan，YUE Zhaoyang，ZENG Yuejia，ZHOU Xiaojun(Institute of Structural Engineering,Xihua University,Chengdu 610039,P.R.China)Abstract:In this work,the axial compression tests of circular concr
4、ete-filled double skin steel tube(CFDST)stub columns and CFRP-confined CFDST(CFRP-CFDST)stub columns were carried out.The influences of concrete strength,the number of CFRP layers on the axial compression performance of CFRP-confined CFDST stub columns were investigated.The typical failure modes,the
5、 load-displacement curves and load-strain curves of CFDST stub columns and CFRP-confined CFDST stub columns were obtained.The test results show that the ultimate bearing capacity of CFRP-confined CFDST specimens is significantly improved compared with that of CFDST specimens.And the more layers of C
6、FRP,the higher the ultimate bearing capacity of CFST stub columns.Finally,the calculation formula of the minimum wall thickness of the inner steel tube to avoid the buckling failure of the inner steel tube prior to that of the outer steel tube is given.And a DOI：10.11835/j.issn.2096-6717.2021.109收稿日
7、期：20210310基金项目：教育部春晖计划合作项目（Z2016156）作者简介：廖静（1996-），女，主要从事结构工程研究，E-mail：。唐红元（通信作者），博士，教授，E-mail：。Received:20210310Foundation items:Chunhui Project of Ministry of Education(No.Z2016156)Author brief:LIAO Jing(1996-),main research interest:structural engineering,E-mail:.TANG Hongyuan（corresponding autho
8、r）,PhD,professor,E-mail:.开放科学（资源服务）标识码OSID:calculation formula of the ultimate bearing capacity of CFRP-confined CFDST stub columns under axial compression is proposed.The prediction results of the presented calculation method agree well with the experimental results.Keywords:concrete-filled steel t
9、ube；stub columns；carbon fiber reinforced polymer(CFRP)；ultimate bearing capacity钢管混凝土结构越来越广泛地应用于各种类型的工程结构中，如高层建筑和大跨度桥梁1-2。钢管混凝土柱是一种高强度、高刚度的组合构件，当构件受压时，外部钢管对内部混凝土起到约束作用，延缓混凝土受压开裂，由于内部混凝土的填充，外部钢管截面刚度提高3。中空夹层钢管混凝土柱采用内空心钢管，不仅显著减轻了结构重量，而且大大提高了钢管混凝土的弯曲刚度、延性和抗震性能4。目前，对圆中空夹层钢管混凝土（CFDST）短柱轴压性能的研究已经取得了很多成果。其中
10、，对CFDST 短柱轴心受压性能的数值模拟研究5-6，提出了许多具有参考价值的极限强度计算公式。在关于 CFDST 短柱的轴压试验中，构件的内外钢管形状可分为外方内圆、外圆内方、内外同心圆、内外椭圆和内外矩形等7-8，由于圆形空心截面比方形空心截面更难发生局部屈曲，因此，在 CFDST 中使用圆管作为内外管较好9-11。也有学者将夹层混凝土更 换 为 高 强 混 凝 土4,12-13，以 提 高 CFDST 短 柱 的强度。外贴 CFRP材料加固法具有优异的物理和力学性能，如强度和刚度高、抗疲劳和耐腐蚀性能好、现场可操作性强、施工周期短和不损伤原结构等14。王庆利等15-16对 CFRP钢管混
11、凝土的轴压构件力学性能、压弯构件的滞回性能和方截面碳纤维增强聚合物-钢管混凝土的扭转性能等进行了试验研究和理论分析。唐红元等17-19对 CFRP不锈钢界面的粘结性能、CFRP 约束不锈钢管混凝土短柱的轴压性能 进 行 了 深 入 研 究。但 关 于 外 贴 CFRP 布 加 固CFDST 短柱的研究甚少，目前，只有 Wang 等20做了关于 FRP-CFDST 试件的轴压性能试验，讨论了空心截面比、玻璃钢壁厚和纤维纵周比对环形截面短柱荷载应变曲线和混凝土应力应变曲线的影响。对于 CFRP-CFDST 短柱的轴压研究目前还未见报道。笔者拟通过对 CFRP-CFDST 短柱进行轴压试验，研究 C
12、FRP 层数和混凝土强度对 CFRP-CFDST 短 柱 极 限 承 载 力 的 影 响，提 出 CFRP-CFDST短柱的轴压极限承载力计算公式。1试验概况1.1试件设计与制作对 2根 CFDST 试件和 4根 CFRP-CFDST 试件进行轴压试验，研究的参数包括混凝土强度等级（C40、C60）和 CFRP 层数（2、4）。为了保证试件符合短柱的定义，并避免试件出现整体屈曲3，试件的长度设置为直径的 3倍。内外钢管均采用强度等级为 Q345 的 圆 无 缝 钢 管，试 件 的 具 体 测 量 数 据见表 1。在试件制作之前用砂纸打磨掉钢管上的锈迹，然后在内外钢管靠近端部处分别焊接 4个钢条
13、来连接内外钢管。为了确保试件上下两端部水平，对试件两端进行线切割。浇筑混凝土时，在混凝土振动台上对混凝土进行振捣密实，同时对不同强度等级的 混 凝 土 分 别 制 作 3 个 标 准 立 方 体 试 块。对 于CFRP-CFDST 试件，在混凝土浇筑 14 d 后，用酒精、砂纸对外钢管表面再次进行清理。然后将碳纤表 1试件测量数据Table 1The measured data of specimens注：Do为外钢管直径；to为外钢管厚度；Di为内钢管直径；ti为内钢管厚度；L为试件高度；fcu为混凝土立方体抗压强度。试件编号由 3部分组成，分别表示外钢管的公称直径、混凝土强度等级和 CFR
14、P层数。第 4 期廖静，等：CFRP约束圆中空夹层钢管混凝土短柱轴心受压性能试验研究calculation formula of the ultimate bearing capacity of CFRP-confined CFDST stub columns under axial compression is proposed.The prediction results of the presented calculation method agree well with the experimental results.Keywords:concrete-filled steel tu
15、be；stub columns；carbon fiber reinforced polymer(CFRP)；ultimate bearing capacity钢管混凝土结构越来越广泛地应用于各种类型的工程结构中，如高层建筑和大跨度桥梁1-2。钢管混凝土柱是一种高强度、高刚度的组合构件，当构件受压时，外部钢管对内部混凝土起到约束作用，延缓混凝土受压开裂，由于内部混凝土的填充，外部钢管截面刚度提高3。中空夹层钢管混凝土柱采用内空心钢管，不仅显著减轻了结构重量，而且大大提高了钢管混凝土的弯曲刚度、延性和抗震性能4。目前，对圆中空夹层钢管混凝土（CFDST）短柱轴压性能的研究已经取得了很多成果。其中，
16、对CFDST 短柱轴心受压性能的数值模拟研究5-6，提出了许多具有参考价值的极限强度计算公式。在关于 CFDST 短柱的轴压试验中，构件的内外钢管形状可分为外方内圆、外圆内方、内外同心圆、内外椭圆和内外矩形等7-8，由于圆形空心截面比方形空心截面更难发生局部屈曲，因此，在 CFDST 中使用圆管作为内外管较好9-11。也有学者将夹层混凝土更 换 为 高 强 混 凝 土4,12-13，以 提 高 CFDST 短 柱 的强度。外贴 CFRP材料加固法具有优异的物理和力学性能，如强度和刚度高、抗疲劳和耐腐蚀性能好、现场可操作性强、施工周期短和不损伤原结构等14。王庆利等15-16对 CFRP钢管混凝土的轴压构件力学性能、压弯构件的滞回性能和方截面碳纤维增强聚合物-钢管混凝土的扭转性能等进行了试验研究和理论分析。唐红元等17-19对 CFRP不锈钢界面的粘结性能、CFRP 约束不锈钢管混凝土短柱的轴压性能 进 行 了 深 入 研 究。但 关 于 外 贴 CFRP 布 加 固CFDST 短柱的研究甚少，目前，只有 Wang 等20做了关于 FRP-CFDST 试件的轴压性能试验，讨论了空心截面比