GFRP管螺旋筋复合约束混凝土柱轴压性能试验研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20250628.001

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (6): 1-9.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250628.001

• 基础与力学性能研究 • 下一篇

GFRP管螺旋筋复合约束混凝土柱轴压性能试验研究

经承贵¹, 武彤¹, 赵林¹, 陈宗平^2*

1.广西科技大学土木建筑工程学院,柳州 545006;
2.广西大学土木建筑工程学院,南宁 530004

收稿日期:2024-04-17 出版日期:2025-06-28 发布日期:2025-07-24
通讯作者: 陈宗平(1975—),男,博士,教授,研究方向为海洋及近海混凝土结构、钢-混凝土组合结构等,zpchen@gxu.edu.cn。
作者简介:经承贵(1989—),男,博士,讲师,研究方向为钢管混凝土结构、新型混凝土结构、高性能复合材料结构。
基金资助:
广西科技基地和人才专项(AD19245131);广西自然科学基金(2019GXNSFBA245071);广西科技大学博士基金项目(校科博19z41);国家自然科学基金项目(51578163);广西高校防灾减灾与预应力技术重点实验室资助课题(GXKDTJ017)

Experimental investigation on the axial compressive behavior of GFRP-pipe-encased concrete columns with spiral reinforcement

JING Chenggui¹, WU Tong¹, ZHAO Lin¹, CHEN Zongping^2*

1. School of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University of Science and Technology, Liuzhou 545006, China;
2. School of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning 530004, China

Received:2024-04-17 Online:2025-06-28 Published:2025-07-24

摘要/Abstract

摘要： 为研究GFRP管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压性能,以混凝土强度、螺旋筋屈服强度、螺旋筋配箍率和纵筋配筋率为变化参数,制作了29个试件并开展轴心受压试验,观察了试件的破坏过程,总结了试件的不同破坏模式,获取了荷载-位移和荷载-应变曲线,探究了不同变化参数对试件轴压性能的影响规律。结果表明:试件均因GFRP管的断裂和核心混凝土的压碎或螺旋筋的断裂而破坏;GFRP管螺旋筋复合约束混凝土柱的极限承载力随混凝土强度提高而提高,变形能力随混凝土强度提高而减弱;随着螺旋筋屈服强度和螺旋筋配箍率的提升,GFRP管螺旋筋复合约束混凝土柱的承载力和延性均增大;纵筋配筋率对GFRP管螺旋筋复合约束混凝土柱的影响较小;GFRP管可使钢筋混凝土柱的轴压峰值应力提高30%以上,延性系数提高90%以上;螺旋筋的加入可使GFRP管混凝土柱的轴压峰值应力提高10%以上,延性提高20%以上。最后,建立了GFRP管螺旋筋复合约束混凝土柱的轴压承载力计算公式,其计算结果与试验结果吻合较好。

关键词: GFRP管, 螺旋筋, 约束混凝土, 高强钢丝, 承载力

Abstract: This study aims to the axial compression performance of GFRP pipe spiral reinforcement composite confined concrete columns. A total of 29 specimens were fabricated and subjected to axial compression tests, with variations in concrete strength, yield strength of spiral reinforcement, stirrup ratio of spiral reinforcement, and longitudinal reinforcement ratio as parameters. The failure process of the specimens was observed, and the failure modes of different specimens were summarized. The load-displacement and load-strain curves were obtained. The influence of various parameters on the axial compression performance of specimens was investigated. The test results indicate that specimens fail due to the fracture of the GFRP tube, the crushing of the core concrete, or the breakage of the spiral reinforcement. Ultimate load-bearing capacity of GFRP tube spiral reinforced concrete columns increases with rising concrete strength, while their deformability diminishes. With increasing yield strength and stirrup ratio of spiral reinforcement, both the ultimate load-bearing capacity and shape-shifting capability of GFRP-pipe spiral reinforced concrete columns enhance. The longitudinal reinforcement ratio has minimal influence on these columns. GFRP pipe can enhance the axial compression peak stress of reinforced concrete columns by over 30%, and increase the ductility coefficient by over 90%. The addition of spiral reinforcement can increase the axial compressive peak stress of GFRP-pipe concrete columns by over 10%, and enhance its ductility by over 20%. Finally, a formula for calculating the axial compression bearing capacity of GFRP-pipe spiral reinforced composite confined concrete columns is proposed, and the calculated results closely align with the experimental findings.

Key words: GFRP tube, spiral reinforcement, confined concrete, high strength steel wire, bearing capacity

中图分类号:

TB332

经承贵, 武彤, 赵林, 陈宗平. GFRP管螺旋筋复合约束混凝土柱轴压性能试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(6): 1-9.

JING Chenggui, WU Tong, ZHAO Lin, CHEN Zongping. Experimental investigation on the axial compressive behavior of GFRP-pipe-encased concrete columns with spiral reinforcement[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(6): 1-9.

参考文献

[1] 叶列平, 冯鹏. FRP在工程结构中的应用与发展[J]. 土木工程学报, 2006(3): 24-36.
[2] ZHU D H, ZHONG G Q, ZENG J J, et al. Behavior and model evaluation of large-rupture-strain (LRS) FRP-confined concrete-encased high-strength steel columns under axial compression[J]. Thin-Walled Structures, 2023, 183: 110367.
[3] 千银敏, 沈寒峰, 王涛, 等. 纤维增强复合材料加强混凝土的约束效应研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024(12): 87-95.
[4] 冯鹏. 复合材料在土木工程中的发展与应用[J]. 玻璃钢/复合材料, 2014(9): 99-104.
[5] 陈阳, 胡翔, 吴泽媚, 等. 海洋环境下FRP增强混凝土构件结构劣化和性能退化的研究综述[J]. 材料导报, 2023, 37(18): 83-93.
[6] OZBAKKALOGLU T. Behavior of square and rectangular ultra high-strength concrete-filled FRP tubes under axial compression[J]. Composites Part B: Engineering, 2013, 54: 97-111.
[7] LI Y L, TENG J G, ZHAO X L, et al. Theoretical model for seawater and sea sand concrete-filled circular FRP tubular stub columns under axial compression[J]. Engineering Structures, 2018, 160: 71-84.
[8] 尹朝正, 李顺涛, 杨文伟. 轴压作用下GFRP管钢骨混凝土组合短柱传力机制分析[J]. 复合材料科学与工程, 2021(6): 12-19, 25.
[9] FENG P, CHENG S, BAI Y, et al. Mechanical behavior of concrete-filled square steel tube with FRP-confined concrete core subjected to axial compression[J]. Composite Structures, 2015, 123: 312-324.
[10] YANG Y, SUN Z Y, WU G, et al. Flexural capacity and design of hybrid FRP-steel-reinforced concrete beams[J]. Advances in Structural Engineering, 2020, 23(7): 1290-1304.
[11] 过镇海. 钢筋混凝土原理[M]. 北京: 清华大学出版社, 2013.
[12] HE K, LIN Q, CHEN Y, et al. Compressive behavior of concrete-filled GFRP tubular stub columns after being subjected to freeze-thaw cycles[J]. Composite Structures, 2021, 255: 112904.
[13] 蒋正武, 梅世龙. 机制砂高性能混凝土[M]. 北京: 化学工业出版社, 2015.
[14] 冯乃谦. 高性能与超高性能混凝土技术[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 2015.
[15] 中华人民共和国建设部. 普通混凝土力学性能试验方法标准: GB/T 50081—2002[S]. 北京: 中国标准出版社, 2002.
[16] 全国纤维增强塑料标准化技术委员会. 纤维增强塑料拉伸性能试验方法: GB/T 1447—2005[S]. 北京: 中国标准出版社, 2005.
[17] 全国纤维增强塑料标准化技术委员会. 纤维增强塑料压缩性能试验方法: GB/T 1448—2005[S]. 北京: 中国标准出版社, 2005.
[18] TENG J G, WANG J J, LIN G, et al. Compressive behavior of concrete-filled steel tubular columns with internal high-strength steel spiral confinement[J]. Advances in Structural Engineering, 2020, 24(6): 1687-1708.
[19] 陈宗平, 经承贵, 宁璠. 螺旋筋增强方钢管混凝土柱的轴压性能及参数分析[J]. 土木工程学报, 2018, 51(1): 13-22, 57.
[20] 吴刚. FRP加固钢筋混凝土结构的试验研究与理论分析[D]. 南京: 东南大学, 2002.
[21] 郑文忠, 张洁, 王刚, 等. 螺旋箍筋约束高强混凝土柱轴心受压性能试验研究[J]. 中国公路学报, 2022, 35(6): 22-35.
[22] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 纤维增强复合材料工程应用技术标准: GB 50608—2020[S]. 北京: 中国计划出版社, 2020.
[23] 吴刚. FRP约束混凝土及其抗震性能研究[M]. 北京: 科学出版社, 2022.

GFRP管螺旋筋复合约束混凝土柱轴压性能试验研究

Experimental investigation on the axial compressive behavior of GFRP-pipe-encased concrete columns with spiral reinforcement

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	张云峰, 马锦辉, 张佳睿, 滕振超, 王桐, 梁晨光. GFRP-十字形钢骨混凝土柱轴压试验及力学性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(5): 117-124.
[2]	张景丽, 康云健. 高温作用后碳纤维布约束混凝土动态力学性能试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(3): 22-29.
[3]	刘伟, 杨继, 袁春辉, 夏旭, 张锦光. 不同温度下碳纤维复合材料-钢胶接界面黏结性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(3): 39-45.
[4]	郭孟攀, 陈国新, 张轶琛, 刘健. 夹心保温复合墙板GFRP-Y形拉结件受力性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(3): 96-105.
[5]	关天宇, 姜岚, 段国勇, 唐波. 碳纤维加固输电铁塔角钢有效性分析[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(6): 48-59.
[6]	冉黎, 吴文, 周磊. 玻璃纤维增强聚合物筋增强混凝土柱的轴压承载力评估[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(10): 72-78.
[7]	沈惠军, 郑和晖, 张峰, 李自强. 新型BFRP布加固混凝土方柱轴压性能试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(9): 106-111.
[8]	毕经龙, 程实. 钢-FRP复合约束混凝土隧道衬砌管片力学性能试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(5): 71-79.
[9]	齐共成, 蒋济同, 高瑜, 杜德润, 董坤, 杨松. BFRP筋增强螺旋箍筋区域约束混凝土梁的抗剪性能试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(2): 115-121.
[10]	薛昕, 陈建, 彭峻帧. BFRP筋和钢筋组合配筋混凝土梁受剪性能[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(12): 19-27.
[11]	于峰, 麦麦提·努尔麦麦提, 方圆, 张楠楠. PVC-CFRP管混凝土柱-RC环梁十字形节点滞回特性数值模拟研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(12): 63-71.
[12]	靳高明, 孙康才, 刘生纬, 白晟渝. FRP筋再生混凝土梁受弯性能试验研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(10): 52-59.
[13]	张璐珂, 张峰, 赵国浩. FRP约束混凝土柱的修正Drucker-Prager模型[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(10): 60-68.
[14]	王英明, 张胜兰, 莫杰, 王继运. 蜂窝夹层结构后埋件拉伸承载力分析中质量缩放方法的运用[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(10): 94-100.
[15]	崔浩南, 文立伟, 赵聪. 蜂窝夹层结构中新型半埋件设计及其拉拔性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(1): 26-33.