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试验人员：陶书庆，刘伟，杨欢

指导老师：沈奇罕

项目来源：中央高校基本科研业务费专项资金资助JZ2021HGQA0249、JZ2021HGTA0156

试验摘要：超高性能混凝土(UHPC)外包钢管混凝土叠合柱结合了UHPC卓越的材料性能和传统钢管混凝土叠合柱力学性能的优点，在沿海地区的高层建筑、大跨空间结构以及桥梁建设领域具有广阔的应用前景。本项目开展了19根UHPC外包钢管混凝土叠合柱和1根普通钢管混凝土叠合柱轴压试验，对试件的破坏形态、应力应变发展规律和轴压性能进行系统地研究，为UHPC外包钢管混凝土叠合柱在实际工程中的设计及应用提供参考。

1、课题背景

UHPC外包钢管混凝土叠合构件能够解决沿海地区建筑结构的“盐害”问题，该结构形式不仅具有传统叠合结构的优点，而且能充分发挥UHPC材料优越的力学性能和耐久性能，其能够确保外包UHPC和核心钢管混凝土的各自抗力和破坏时间较为一致，充分发挥外围及核心混凝土的力学性能，提高外包UHPC及内部钢管核心混凝土的“匹配度”。本项目为超高性能混凝土在实际工程中的应用和相关设计规程的制定提供参考，同时也为进一步深入研究UHPC外包钢管混凝土叠合柱的设计理论创造条件，以期为该结构形式的工程设计和实际应用提供参考。

2、UHPC外包钢管混凝土叠合柱轴压试验

试验的主要参数包括外包UHPC钢纤维掺量、钢管管径、钢管壁厚以及核心混凝土强度。采用1200T多功能大型结构试验系统对试件施加轴向荷载，试件两端与上下加载板刚接，采用力控与位移控相结合的方式。力控采用分级加载制，每级荷载约为预计极限荷载的1/10，每级荷载的持荷时间为3min，当加载荷载达到预估极限荷载的70%左右时，改为位移控制的加载方式，位移控制的加荷速率为0.3mm/min，当荷载下降至试件极限荷载的50%左右或试件外包UHPC发生大面积剥落时，即判定试件已发生破坏，停止加载。

3、试验现象

在加载初期，试件处于弹性阶段，荷载随着轴向变形等比例增大，试件表面并无明显变化，当荷载达到极限荷载的70%~80%时，在试件端部的四角出现些许微裂缝，外围UHPC表面有碎片剥落，发出“滋滋”的声响；当荷载达到极限荷载的80%~90%时，试件进入带裂缝工作阶段，中截面及角部出现多条细长的斜裂缝，荷载增长速率变缓，斜裂缝随着荷载持续增长从而延伸成更宽更长的纵向裂缝。试件的破坏形态基本都为中部沿角部斜截面UHPC保护层被压碎，根据钢纤维掺量的不同，破坏程度亦有所不同。

4、结论

在破坏形态方面，试验结果表明，外包无钢纤维掺量的UHPC外包钢管混凝土叠合柱的破坏程度相比于带钢纤维掺量的试件更为严重，外包带钢纤维掺量的UHPC试件的破坏形态主要表现为UHPC保护层沿角部斜裂缝被撕裂，表面有少量碎片剥落，试件中部向外微微鼓胀，钢管轻微鼓曲，纵筋局部屈曲，箍筋受拉屈服。

在各组分应力应变发展方面，试件外包UHPC、内部钢管和钢筋的应力应变发展规律基本相同，钢管和钢筋在达到峰值荷载前均发生屈服，箍筋在前期的约束作用不明显，各组件在达到峰值荷载时几乎同一时间发生破坏。

在轴压性能方面，试件的轴压承载力随着外包UHPC钢纤维掺量、钢管含钢率和核心混凝土抗压强度的增加而增加，钢纤维掺量对构件承载力的影响尤为显著，含钢管混凝土率对试件承载力的影响与外包UHPC的强度有关；试件的轴向刚度比外围钢筋混凝土和内部钢管混凝土的叠加刚度更大；试件的延性随着钢纤维掺量、钢管管径和钢管壁厚的增大而变得更好，核心混凝土强度越高，试件的延性越差。