广州大学土木工程学院广东广州510006
摘要：介绍了碳纤维增强复合材料钢管活性粉末混凝土的国内外的研究现状，阐述了CFRP钢管活性粉末混凝土的承载能力、塑性和抗震性能、经济效果，探讨了CFRP钢管活性粉末混凝土在长期荷载作用下、高温环境、整体建筑结构、地震作用下应当注意的问题，为该新型结构的科研发展方向提供了参考意见。
关键词：CFRP；钢管；活性粉末混凝土；研究进展
概述
随着社会的不断发展，钢管混凝土结构已逐渐成为工程中常用的建筑结构[1]。因此，钢管混凝土的修复加固也成为日趋重要的研究方向。碳纤维增强复合材料（CarbonFiberReinforcedPolymer，简称CFRP）具有轻质、抗拉强度高、耐久性好等优点，所以在土木工程领域中得到了广泛的应用，被应用于一般的民用建筑结构及桥梁、等建筑结构中。CFRP钢管活性粉末混凝土是以CFRP为外壁，内壁为钢材并向内浇筑活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete，简称RPC）的复合结构。CFRP钢管活性粉末混凝土既能发挥钢管混凝土和CFRP各自的优良性能，又能体现它们之间协同工作的特点。因此将CFRP钢管混凝土结构的应用对土木工程和社会的建设发展具有重大的意义。
1CFRP钢管RPC的性能
CFRP钢管RPC集聚了钢管、RPC和CFRP三种材料的优异性能。外壁缠绕的CFRP约束了内部的钢管RPC，提升了核心混凝土的承压能力，同时钢管RPC使得碳纤维抗拉强度较高的特点得到了充分发挥。CFRP钢管RPC的性能如下：
1.1承载能力高
核心混凝土RPC的存在可以避免薄壁钢管过早的发生局部屈曲，钢管对核心RPC起到了较强的约束作用，从而大幅度的提高其抗压强度。当钢管受到核心混凝土的径向力发生径向变形时，CFRP可以通过对钢管的环向的紧箍作用来抑制钢管的径向变形，最终达到增大核心混凝土轴压承载力的目的，大大提高了核心混凝土的承载力。
1.2塑性和抗震性能好
钢管混凝土本身具有塑性和韧性好的优点，但是混凝土为脆性材料，对于RPC这样的高强度混凝土更是如此。将RPC灌入钢管中形成钢管RPC，核心RPC在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时具有较大的塑性变形。此外，这种结构在承受冲击荷载荷和振动荷载时，也具有很大的韧性。
1.3经济效果好
CFRP有着优越的力学性能，外部缠绕的CFRP可以减小钢管的壁厚以及钢管RPC柱的直径，从而减少构件的自重。而且其耐久性较好，尤其适用于桥梁的桥墩及其它沿海的一些腐蚀性较大的建筑工程结构中。相对于钢管混凝土结构的其它修复加固措施，CFRP的施工简便、应用范围广泛，不会因加固结构的外形而受限制。所以，CFRP钢管RPC的经济效果要好于钢管混凝土。
2国内外研究进展
2.1国外研究现状
美国南加州大学Choi，KK等[2]、韩国首尔大学Park，J.W等[3]、印度Sethu理工学院Prabhu等[4]分别进行研究对CFRP横向约束的钢管混凝土柱进行了研究，并分别提出了CFRP钢管混凝土柱承载力的简化模型。澳大利亚伍伦贡大学teng等[5]采用增量迭代法[6]提出的主动约束模型提供了一种有效的参数化研究方法，可以分析约束混凝土的应力-应变行为。澳大利亚伍伦贡大学T.Yu等[6]分别研究得出FRP约束后的钢管混凝土柱在轴向压缩和循环侧向载荷作用下的结构性能得到显著改善。
2.2国内研究现状
长安大学张常光等从双剪统一理论出发，采用极限平衡分析法对CFRP钢管混凝土轴压短柱进行研究[7]，提出了与文献资料试验结果相吻合的极限承载力公式。香港理工大学Hu等[8]研究表明：在FRP约束条件下，钢管混凝土薄钢管的承载力和延性均可显著提高。湖南大学谭杨等[9]采用固体力学方法推导CFRP钢管高强混凝土的极限承载力计算公式。沈阳建筑大学王庆利等[10]采用ABAQUS有限元软件提出了与有限元模拟结果吻合良好的恢复力模型。中南大学Fa-xingDing等[11]采用弹塑性有限元分析方法在弹塑性理论的基础上，建立了轴向载荷作用下CFRP约束钢管混凝土柱体的理论模型。
3发展趋势
CFRP钢管RPC柱体作为一种新型的混凝土结构形式，如果要像普通混凝土结构一样大面积的推广应用，应从以下几个方面进行进一步深入的研究：将CFRP钢管混凝土应用于桥梁、高层等建筑结构中时，需要考虑长期荷载作用对CFRP钢管混凝土构件力学性能的影响；将CFRP钢管混凝土应用于建筑结构中时，还可能面临经历长期高温作用或突发火灾事故，因此造成承载力降低和结构经腐蚀安全性降低等问题，为了尽量减少可能发生的损失，还需要对钢管混凝土柱进行抗火性能方面的研究；在整体结构中，梁柱节点是受力的关键部位，在了解柱构件的受力机理的基础上，因此有必要对梁柱节点的受力性能进行研究。
由于地震作用使得建筑构件的破坏形式及机理变得更加复杂，加之我国属于地震多发国家，因此进一步深入研究CFRP钢管混凝土柱在往复荷载作用下的滞回工作机理和抗震性能对于其在地震区的推广、运用是非常必要的。
4结语
由于社会经济的发展对现代建筑结构的要求越来越高，CFRP钢管混凝土柱具有比普通钢管混凝土柱更高的承载力，更好的耐腐蚀性，还能有效避免厚壁钢管的使用，从而避免了材料供应和制作加工上的困难，是发展前景较好的一种新型组合结构形式。其在达到结构承载力、耐久性、塑性和韧性等要求的同时，还能有效解决大跨度及高耸结构使用空间有效利用、结构形式合理、自重减轻等问题，因此发展适应现代建筑要求的CFRP钢管混凝土结构具有重要的理论意义和工程实用价值。
参考文献：
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[4]PrabhuGG.ExperimentalstudyonCFSTmembersstrengthenedbyCFRPcompositeundercompression.JournalofConstructionalSteelResearch，2012，72（1）：75-83
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[6]T.Yu，Y.M.Hu，J.G.Tengb.CycliclateralresponseofFRP-confinedcircularconcrete-filledsteeltubularcolumns，JournalofConstructionalSteelResearch，2016，124：12-22.
[7]张常光，赵均海，冯红波.CFRP-钢管混凝土轴压短柱的力学性能[J].建筑结构，2008（03）：34-37.
[8]HuYM，YuT，TengJG.FRP-Confinedcircularconcrete-filledthinsteeltubesunderaxialcompression.JournalofCompositeforConstruction，2011，15（5）：850-860
[9]谭杨.CFRP约束圆钢管高强混凝土短柱轴心受压性能研究[D].湖南大学，2016.
[10]王庆利，牛献军，冯立明.圆CFRP-钢管混凝土压弯构件滞回性能的参数分析与恢复力模型[J].工程力学，2017，34（S1）：159-166.
[11]Fa-xingDing，De-renLu，etal.BehaviourofCFRP-confinedconcrete-filledcircularsteeltubestubcolumnsunderaxialloading.Thin-WalledStructures，2018，125：107-118.
作者简介：崔力仕（1993-），男，河南商丘人，硕士研究生。