FRP-钢-混凝土组合柱的研究现状

FRP-钢-混凝土组合柱的研究现状

SHI Qingxuan;RONG Chong;CHEN Yunxiao

【摘 要】纤维增强聚合物(FRP)复合材料作为约束材料,已在组合柱中得到了大量

研究与应用.其中组合形式主要包括FRP-混凝土-钢混合双管柱、FRP钢管混凝土

柱以及FRP型钢混凝土柱.通过回顾和总结近几年国内外对于上述3种组合柱的研

究成果,详细分析了组合柱的力学性能,并研究了各种组合柱的受力特点及组合柱中

FRP、钢和混凝土3种材料之间的相互作用机理.结果表明:虽然针对FRP-钢-混凝

土组合柱已进行了大量试验研究,但理论研究尚不成熟,今后的研究应基于理论分析

与试验研究相结合,对FRP-钢-混凝土组合柱进行透彻研究,同时还需有效结合3种

材料进行截面设计,从而提高组合柱的力学性能.

【期刊名称】《建筑材料学报》

【年(卷),期】2019(022)003

【总页数】9页(P431-439)

【关键词】FRP-混凝土-钢混合双管柱;FRP钢管混凝土柱;FRP型钢混凝土柱;力学

性能;相互作用机理

【作 者】SHI Qingxuan;RONG Chong;CHEN Yunxiao

【作者单位】;;

【正文语种】中 文

【中图分类】TU398+.9

在近二三十年中，纤维增强聚合物(FRP)复合材料在土木工程中的应用与研究得到

了飞速发展[1-6].国内外大量的试验研究和分析研究表明，FRP作为约束材料应用

于混凝土组合结构中，可以显著提高结构的力学性能及耐久性.FRP组合柱是在常

规FRP约束混凝土柱的基础上提出的新型组合柱，主要由FRP、钢与混凝土组合

而成，例如FRP型钢混凝土柱、FRP钢管混凝土柱、FRP-混凝土-钢混合双管柱

等.目前，国内外学者对这类新型组合柱的研究主要集中于试验研究，而对不同组

合形式下组合柱的性能进行深入分析较少.对于性能优良的组合结构的研究，应基

于材料在多种受力状态下的力学性能，对材料之间的互补性能进行深入分析，以进

一步研究其组合形式，并最终建立新型组合柱的截面形式.

本文总结了国内外关于FRP-钢-混凝土组合柱的研究成果，通过分析各种截面形式

组合柱以及FRP、钢和混凝土这3种材料在组合受力下的力学性能，指出了现有

组合柱截面形式的不足之处.另外，本文重点讨论了如何利用3种材料的力学性能

特点进行互补及组合，最终提出了组合截面的发展方向.

1 FRP-混凝土-钢混合双管柱(DSTCs)

FRP外管与钢内管之间填充混凝土而形成的混合双管组合柱是由Teng等[7]所提

出的一种新型组合柱，目前国内外学者对此进行了大量试验及理论研究[8-13].该

种截面可以在不改变构件承载力的情况下，增大截面面积，从而增大构件长细比，

减小构件轴压比，大大提高构件的抗震性能.

1.1 截面形式

为满足实际工程中的需求，目前研究中的截面形式主要包括外圆内圆截面、外圆内

方截面、外方内圆截面、外方内方截面和矩形双管柱截面，如图1所示.Yu等[14]

对外圆内圆组合柱和外方内圆组合柱进行的研究表明：外方内圆组合柱与方形

FRP约束混凝土力学性能相似；由于圆形FRP的约束效应较好，外圆内圆截面形

式组合柱的力学性能较好；外圆内圆截面形式组合柱的力学性能受空心率的影响大，

而外方内圆截面形式组合柱的力学性能几乎不受空心率的影响.

图1 FRP-混凝土-钢混合双管柱截面Fig.1 Section of FRP-concrete-steel

double-skin tubular columns

Fanggi等[15]对外方内圆截面和外方内方截面的组合柱进行了研究，主要得到以

下结论：(1)空心率对2种组合柱的力学性能都会产生较为明显的影响；(2)钢管的

径厚比越大，构件的极限应变越大；(3)FRP- 约束混凝土-钢管混凝土柱中的混凝

土弹性模量要大于未约束混凝土和FRP约束混凝土；(4)圆形钢管组合柱的极限应

力与极限应变都大于方形钢管组合柱.同时，Fanggi等[16]对比研究了外圆内圆组

合柱与外圆内方组合柱，结果表明：内部为方形钢管的组合柱力学性能较差；内部

钢管强度越低，组合柱的力学性能越差；主要影响组合柱力学性能的因素有钢管径

厚比和截面空心率.

综上可知，目前关于组合柱截面形式的研究主要集中于内外不同截面形式的随机组

合，得出的结论也只是简单的试验结果分析，在试验设计方面并没有进行详细的理

论分析.

1.2 力学性能

本节内容针对外圆内圆的截面形式，对文献[2,17]中的试验数据进行统计；通过对

不同约束情况下FRP约束混凝土柱(FCCs)及混合双管柱(DSTCs)荷载-位移曲线的

对比，详细研究FRP-混凝土-钢混合双管柱的力学性能.由于该种组合柱的荷载-位

移曲线呈现多段趋势，且第1段趋势基本接近，本文以第1段曲线结尾荷载及位

移为基准，对该种组合柱的荷载-位移曲线进行归一化处理，4种曲线如图2所示.

图2中的荷载-位移曲线分别表现出在约束效应不足和较强情况下的FRP约束混凝

土柱(FCCs)与混合双管柱(DSTCs)的力学特点.通过曲线间的对比，可以得到以下结

论：(1)在同种约束情况下，混合双管柱与FRP约束混凝土柱的前期曲线发展趋势

相同；(2)混合双管柱的后半段曲线都会出现下降段；(3)其中受到充分约束的混合

双管柱的曲线最后会出现上升段，主要由于钢管的严重局部屈曲使双管柱受力截面

增大；(4)混合双管柱的后期力学性能主要受钢管的局部屈曲控制.

图2 FRP-混凝土-钢混合双管柱荷载-位移曲线Fig.2 Load-displacement curves

of FRP-concrete-steel double-skin tubular columns

Yu等[17]通过使用大应变FRP进行混合双管柱的制作，并对其力学性能进行了深

入的研究，研究结论主要有：(1)混合双管柱的荷载-位移曲线在第2段上升之后会

出现下降段，主要是由于钢管的局部屈曲；(2)钢管的径厚比对应力-应变曲线有重

要的影响，径厚比越小承载力下降越小，同时大径厚比的组合柱破坏时FRP管并

未出现FRP环向断裂；(3)对于钢管内部也填充混凝土的实心组合柱，混凝土可以

有效限制钢管的局部屈曲，同时混凝土受到的约束效应好，应力-应变曲线呈现双

线性，而第2段主要受到FRP的影响，但构件的轴向极限应变小.该研究的意义在

于充分研究了混合双管柱的后期力学性能，表明混合双管柱的后期力学性能主要受

钢管控制.同时，值得注意的是实心柱中的钢管并未发生混凝土局部屈曲问题，钢

管也起到了约束作用.

Ozbakkaloglu等[18]对FRP管厚度、混凝土强度、钢管径厚比、钢材强度及截面

空心率等关键参数进行的试验研究表明:FRP厚度的提高与混凝土自身强度的降低

都会增强混凝土受约束后的力学性能提升效果；混凝土强度的降低会降低组合柱的

力学性能，但影响并不明显；在空心钢管内填充混凝土后组合柱内混凝土的极限应

力会极大提升，而极限应变会稍稍降低；加入内钢管会提高混凝土的极限应力，但

对于空心DSTCs来说，所增加的钢管起到内部支撑加强作用，对于实心DSTCs

来说则起到约束作用.Abdelkarim等[19]研究表明，对FRP管进行斜向缠绕方式

的制作会使组合柱极限强度降低而极限应变增大.Zhou等[20]研究表明，FRP会对

轻骨料混凝土产生明显的约束作用，而截面空心率对其力学性能几乎不产生任何影

响.通过对上述研究的总结，可以发现FRP-钢-混凝土混合双管柱的力学性能主要

分为2个阶段：第1阶段为钢管发生局部屈曲之前，其力学性能与FRP约束混凝

土相似，主要受约束材料的力学性能控制；第2阶段为钢管发生局部屈曲之后，

其力学性能受钢管的力学性能控制.另外，各研究结果表明：与实心DSTCs相比，

空心DSTCs中钢管的局部屈曲由向外发展转为向内发展，组合柱的延性得到了提

高;但FRP与钢管之间的混凝土对钢管的力学性能影响较小，钢管的局部屈曲并没

有得到较为明显的限制.

针对内钢管的局部屈曲问题，Peng[21]在混合双管柱的设计中使用了如图3所示

的加肋钢管，研究表明：对钢管进行加肋处理可以大大延缓钢管的局部屈曲，进而

提升混合双管柱的力学性能；相同用钢量情况下，钢肋数量越多，混合双管柱的力

学性能越好；方形柱具有约束不均匀的特点，肋板对于朝向角部的方向具有更好的

提升效果.该研究首次从改善钢管的局部屈曲问题入手，具有很高的创新意义，但

在钢管上进行加肋处理并没有很好地利用材料之间的协同作用.在之后的研究中，

可以对肋板进行处理，增大肋板与混凝土之间的黏结性能，从而使混凝土对钢管的

局部屈曲产生限制作用.

图3 FRP-混凝土-加肋钢混合双管柱截面Fig.3 Section of FRP-concrete-ribbed

steel double-skin tubular columns

同时，部分学者还对轴向循环荷载下DSTCs的力学性能进行了研究.Yu等[22]研

究表明，大部分混合双管柱在循环荷载下的应力-应变包络线与对应的单调轴向压

缩应力-应变曲线基本相同，而部分产生应力衰减的双管柱主要是由于钢管与混凝

土之间的黏结滑移.Abdelkarim等[23-24]针对循环荷载下双管柱的钢管径厚比及

FRP管中纤维缠绕方式进行了研究，结果表明：钢管径厚比越大，循环荷载下双

管柱的力学性能越差，这主要是由于钢管所产生的局部屈曲及钢管混凝土之间的黏

结滑移作用；FRP的45°斜向缠绕会使双管柱的极限应力降低而极限应变增大；

FRP的斜向缠绕与环向缠绕相结合会使双管柱极限应力与极限应变都增大，其破

坏分为2个阶段，第1阶段为环向缠绕的FRP破坏，第2阶段为斜向缠绕的FRP

轴向应变发生二次定位.

1.3 作用机理

为了进一步分析DSTCs的受力特点，Wong等[25]对外圆内圆组合柱内部材料之

间的作用机理进行了详细研究，通过对FRP约束混凝土实心柱、FRP约束混凝土

空心柱(空心率与DSTCs相同)和FRP-约束混凝土-钢混合双管柱的试验研究及理

论分析，揭示了3种材料之间的作用机理.研究结论为：(1)空心柱中混凝土的刚度

与第1段曲线的峰值应力都大于双管柱中的混凝土，主要是由于空心部位产生的

应力集中效应使得混凝土受到较强的约束；(2)空心柱应力-应变曲线后半段为下降

段，而试件的最终破坏为内部混凝土的破坏，FRP管不产生环向应变破坏；(3)双

管柱中混凝土的应力-应变曲线与实心柱中混凝土相近，主要是由于内部钢管使得

内部混凝土中应力重新分布，从而使其内部约束更为均匀，与实心柱内部混凝土中

的应力分布相近；(4)FRP-约束混凝土-钢混合双管柱的应力-应变曲线后半段与

FRP约束混凝土柱相似，但也有些会在上升之后出现下降段，主要是由于内部空

心钢管的局部屈曲，因此该种双管柱的破坏分为FRP管环向断裂和空心钢管局部

屈曲2种情况.Yu等[26]通过建立有限元模型对FRP-约束混凝土-钢混合双管柱的

力学性能进行了深入分析，研究表明约束刚度比、应变率以及空心率为主要影响因

素，最后基于这3个参数建立了双管柱中约束混凝土的本构关系模型，为实际工

程的设计提供了可靠的理论支持.

综上所述，FRP-混凝土-钢混合双管柱主要是针对实际工程需要所提出的一种新型

组合结构，目前国内外研究多基于试验结果的分析，但对其整体荷载-位移曲线的

预测模型很少.通过总结，可以发现该种组合柱的力学性能主要呈现以下特点：当

处于受力前期时，其强度发展趋势与FRP约束混凝土基本相同，主要受约束材料

性能所控制；当处于受力后期时，其轴向力学性能发生退化，受钢管力学性能所控

制，原因主要是钢管发生了局部屈曲.因此，FRP-混凝土-钢混合双管柱的力学性能

前后分界点为钢管的局部屈曲点，而今后的研究应该更加关注于以下几点：(1)混

合双管柱在内部钢管屈曲之后的力学性能变化；(2)进一步研究双管柱的力学性能

发展趋势，如前后段曲线的分界点、后半段曲线的发展模式、影响参数并给出合理

的预测；(3)基于上述研究，进一步研究通过3种材料的组合来延缓钢管的屈曲，

尽量减少甚至防止双管柱后半段的性能衰减.总而言之，未来的研究应通过理论与

试验相结合，对双管柱的破坏模式及全曲线预测进行研究.

2 FRP钢管混凝土柱(CCFTs)

目前，钢管混凝土柱广泛应用于大量实际工程结构中.在钢管混凝土柱中，核心区

混凝土只能限制钢管向内局部屈曲，但其力学性能的退化主要是由于柱两端处的钢

管向外局部屈曲.为弥补钢管混凝土柱的不足，Xiao[27]使用钢材或FRP对钢管混

凝土两端进行加固，研究表明使用钢材或FRP加固能明显限制钢管的局部屈曲，

从而提高钢管混凝土柱的承载力与延性，而FRP的加固效果更好.随后部分学者

[28-30]开展了关于FRP应用于钢管混凝土柱的研究，结果表明FRP可以应用于

钢管混凝土的加固与新型组合柱的设计中，如图4所示.本节内容主要总结与分析

关于FRP钢管混凝土组合柱(FRP缠绕在整个钢管表面)的研究.

图4 FRP钢管混凝土柱截面Fig.4 Section of FRP-confined concrete-filled

steel tubular columns

2.1 基本力学性能

Hu等[31]对FRP薄壁钢管混凝土进行的研究表明：FRP能够减缓或者完全限制钢

管的局部屈曲，从而极大提升混凝土的极限应力与极限应变，组合柱的破坏最终为

FRP的环向断裂；该种组合柱的应力-应变曲线主要分为3个阶段：第1阶段与无

约束混凝土类似，第2阶段为钢管与FRP共同作用控制，第3阶段为FRP起主要

控制作用.同时，Hu[32]从FRP包裹空钢管入手，对FRP薄壁钢管混凝土柱进行

研究后发现FRP能起到有效的约束作用，大大改善薄壁钢管混凝土的力学性

能.Tao等[33]对圆形、矩形FRP钢管混凝土柱进行的研究表明：该种组合柱的力

学性能受截面形状影响较大，圆形FRP钢管混凝土柱的力学性能最好；圆形FRP

钢管混凝土柱中FRP的引入对强度的提升效果较为明显，而矩形FRP钢管混凝土

柱中的强度提升效果不明显；随着FRP厚度的增加，圆形FRP钢管混凝土柱的延

性呈降低趋势，而矩形FRP钢管混凝土柱的延性呈增大趋势.Park等[34]对矩形

FRP钢管混凝土柱进行的研究表明，随着FRP厚度的增加，组合柱的延性提高、

强度略有提升；FRP对矩形FRP钢管混凝土柱承载力的影响较小.Yu等[35]对FRP

钢管混凝土组合柱在轴向循环荷载下的力学性能进行的研究表明：循环荷载与轴向

单调荷载下其破坏模式相同，都为柱中部FRP发生环向断裂；在循环荷载下的应

力-应变包络线与单调荷载下的应力-应变曲线相同；重复卸载加载会使FRP钢管

混凝土柱产生损伤累积，因而循环荷载应力-应变响应不具有独立性，其与单调荷

载应力-应变相关.

上述研究表明，相较于FRP约束混凝土，在钢管与FRP的双重约束下，FRP钢管

混凝土柱多出了一个钢管与FRP共同作用的阶段，而随着混凝土的膨胀持续发生，

FRP所提供的约束力远远大于钢管所提供的约束力，因此之后FRP主要起约束作

用.但是目前相关研究出现了一些问题，即当钢管壁厚较大时，钢管内外壁膨胀不

均匀，前期FRP不能起到应有的作用，而当后期钢管发生局部屈曲时，因FRP未

达到一定厚度又无法起到约束作用.在实际工程中，往往使用壁厚较大的钢管，因

此钢管与FRP之间的作用关系和如何选取合理的截面形式应是今后研究的重点和

难点.

2.2 复合约束混凝土的本构模型

除了对FRP钢管混凝土整体力学性能的试验研究，其分析模型的建立也是目前研

究的热点.在FRP钢管混凝土柱中，混凝土是提供主要承载力的关键部分，同时也

是受力最为复杂的部分，因此受复合约束的混凝土力学性能仍是研究重点.研究主

要是基于FRP约束混凝土分析模型[36]开展的，该分析模型的基本思路为假定

FRP约束混凝土具有应力路径无关性，同时在给定侧向应变下的轴向应变与同一

混凝土中积极约束的混凝土相同，其迭代过程如图5所示.Teng等[37]结合主动约

束混凝土本构模型、混凝土轴向侧向应变计算方程和以钢管为基础确定总围压的方

法，通过迭代的方法提出了FRP钢管混凝土中的混凝土本构模型，为组合柱力学

性能的分析建立了有效的方法.但该方法仍有不足之处，在模型的建立过程中，并

未考虑到以下因素的影响：未约束混凝土强度、FRP局部的环向应变以及刚度比.

在此基础上，Teng等[38]提出了2种分析模型：第1种将钢管的约束力直接并入

总的约束力中，从而计算出相应主动约束混凝土的本构模型，进而建立组合柱中混

凝土的本构模型；第2种将FRP约束刚度与钢管横向约束刚度的比值作为参数，

建立混凝土的本构模型，该模型能充分考虑FRP与钢管所发挥的约束作用，计算

结果适用性广，也更加精确.Dong等[39]认为钢管的局部屈曲会导致钢管与混凝土

之间的界面分离，而这是钢管混凝土柱破坏的根本原因，FRP则起到对钢管的约

束作用，以延缓钢管与混凝土的界面分离.因此，Dong等[39]将约束混凝土轴向-

侧向应变模型、约束混凝土本构模型、钢管双轴本构模型以及FRP单轴本构模型

相结合，最终提出FRP钢管混凝土轴向与侧向的本构模型，该模型充分考虑弹性

与弹塑性侧向应变，从而计算出不同加载阶段FRP钢管混凝土的侧向应变；同时，

充足的FRP可以完全消除钢管与混凝土之间的界面分离现象，而钢管的引入也解

决了FRP混凝土柱的脆性破坏问题.

图5 FRP约束混凝土分析模型的迭代过程Fig.5 Iterative process of analysis-

oriented model for FRP-confined concrete

综上所述，目前对于复合约束混凝土分析模型的研究均在FRP约束混凝土的基础

上进行，而该模型的基本假定为FRP约束混凝土的应力无关性.但对于出现软化段

的约束混凝土，应力会表现出路径相关性，尤其当钢管壁厚较大，FRP不能对其

局部屈曲产生有效约束时，因此现有研究中的模型局限性较强.在未来的研究中，

应更加注重不同约束状态下混凝土的力学性能，尤其是具有应力软化的约束混凝土.

2.3 新型FRP钢管混凝土柱

通过上述分析可知，FRP钢管混凝土柱的破坏主要源于FRP的环向断裂.为提高组

合柱的力学性能，Xiao等[40]提出在FRP与钢管之间设置1层软泡沫带(见图

6(a))，其中从外向内所用材料依次是FRP管、软泡沫带、钢管、混凝土，结果发

现泡沫带可以大大延后FRP的断裂.FRP钢管混凝土(CCFT)、钢管混凝土(CFT)及

设置泡沫带的组合柱(CCFT-G)的荷载-应变曲线如图7所示.由图7可以得出以下

结论：(1)填入泡沫带的新型组合柱荷载-应变曲线前半段与钢管混凝土相同，而之

后才受FRP约束；(2)泡沫带起到了缓冲作用，在钢管发生局部屈曲时，FRP才产

生约束作用，从而大大提升了组合柱的延性；(3)虽然FRP的约束作用被大大推后，

但组合柱的峰值承载力基本相同.与此同时，由于CCFT-G只是设置了1mm厚的

泡沫带，当FRP发生断裂时混凝土受到的侧向约束力与未设置泡沫带的CCFT中

混凝土受到的约束力相同，而图7表明在曲线上升段混凝土应力具有路径无关性，

应变则具有路径相关性.

图6 新型FRP钢管混凝土柱截面Fig.6 Section of new-type FRP-confined

concrete-filled steel tubular columns

图7 CFT,CCFT与CCFT-G的荷载-应变曲线Fig.7 Load-strain curves of

CFT,CCFT and CCFT-G

在实际工程中，往往难以生产与巨型柱相匹配的超大尺寸钢管，因此Yu等[41]以

大量小尺寸钢管代替大尺寸钢管提出了一种新型截面柱，即FRP多管混凝土组合

柱(CMFT)(见图6(b))，其中钢管混凝土分布于FRP管的内边界处.研究表明FRP

多管混凝土组合柱的应力-应变曲线呈现双线性特点，与FRP约束混凝土相似，其

内部钢管能够被混凝土完全约束，钢管不会产生局部屈曲，同时其具有较好的延性，

比含钢量相同的FRP钢管混凝土柱要好.

综上所述，在钢管混凝土柱与FRP钢管混凝土柱的研究中，其重点及难点为钢管

的局部屈曲问题.针对该问题，部分学者创新设计出新型截面形式以提高结构的力

学性能，主要解决方案是降低钢管壁厚、推迟FRP作用时间及对钢管进行多重约

束.

3 FRP型钢混凝土柱

目前，型钢混凝土组合柱广泛应用于实际工程中，因此部分学者[42-44]也对FRP

型钢混凝土组合柱进行了研究，其截面形式如图8所示.Yu等[45]对矩形与圆形截

面FRP工字钢混凝土组合柱进行了轴心压缩试验及偏心压缩试验，研究表明FRP

能够为工字钢混凝土组合柱提供有效约束，从而提高型钢混凝土的力学性能，且偏

压荷载下的组合柱完全符合平截面假定.Karimi等[46]对不同长细比的FRP工字钢

混凝土组合柱进行的研究表明，对于FRP弹性模量为16.5GPa，直径为200mm

的组合柱，当长细比小于19.8时，其对力学性能的影响可以忽略；同时随着FRP

刚度的增大，长细比的界限值也将增加.对于FRP工字钢混凝土组合柱，Huang等

[47]的研究表明工字钢可以为混凝土提供约束，而组合柱的侧向变形与工字钢腹板

刚度和轴向刚度有关，圆形截面组合柱力学性能较好，而在矩形截面组合柱中

FRP并不能提供有效约束.在此基础上，Huang等[48]提出了FRP十字钢混凝土组

合柱，研究表明：十字钢可以改善矩形截面组合柱中边界中点约束力弱的缺点；

FRP与十字钢的共同作用可以大大提高矩形截面组合柱的力学性能；组合柱的破

坏模式为边界中点附近的FRP环向断裂，且FRP的断裂主要发生在沿高度方向的

中点附近.

图8 FRP型钢混凝土柱截面Fig.8 Section of FRP-confined concrete-encased

steel columns

通过总结可以发现，FRP型钢混凝土圆柱的力学性能基本等于FRP约束混凝土与

型钢的叠加，十字型钢可以改善矩形截面组合柱的力学性能.上述结论证明型钢对

组合柱所提供的约束作用有限，但可以提高非圆形截面组合柱中FRP的利用率.因

此，从提高混凝土约束效果的角度来讲，FRP型钢约束混凝土适用于存在不均匀

约束的非圆形截面组合柱，在约束效应较好的截面形式组合柱中贡献较少.

4 结论

(1)混凝土是组合柱中最重要，力学性能最复杂的材料.在未出现强度退化的情况下，

混凝土的力学性能表现出应力的路径无关性，而混凝土一旦出现强度退化，即表现

出应力路径相关性.目前大多数基于混凝土应力路径不相关性的理论研究并不适用

于约束性能较差的约束混凝土，因此在未来的研究中应加强对出现强度退化混凝土

的理论研究.

(2)对于FRP-混凝土-钢混合双管柱，钢管的局部屈曲是影响其力学性能的关键.在

今后的研究中应定量分析混合双管柱中钢管局部屈曲的形成和扩展，及其对整体力

学性能产生的影响.同时应研究材料之间的作用关系，加强界面之间的连接作用，

限制内部钢管的局部屈曲以提高混合双管柱的力学性能.

(3)对于FRP钢管混凝土柱和FRP型钢混凝土柱，钢材的局部屈曲是影响其破坏模

式的关键，尤其是当FRP直接缠绕在钢材表面时.基于试验结果可得出有效限制钢

材局部屈曲的方法：当柱截面约束均匀时，在其外侧布置混凝土；当柱截面为非均

匀约束时，将钢截面布置于弱约束区域，以提高FRP对钢的约束作用.在之后的研

究中，应从钢材局部屈曲的成因入手，研究其局部屈曲对混凝土力学性能产生的影

响.同时设计合理的截面形式，利用材料之间的互补作用，使组合结构发挥出最优

的性能.

(4)在组合结构中，FRP可以提供持续的约束力但呈现脆性作用，钢材可以提供竖

向力以及部分约束力但其局部屈曲问题较为复杂，而混凝土在受到不同约束时会呈

现不同的力学性能.因此通过理论分析与试验研究相结合，深入分析3种材料相互

作用的特点，通过合理设计以限制材料的劣势性能，应是未来研究的重中之重和发

展方向.

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