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本文建议了一种采用纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP,简称复材)、钢材和混凝土的新型组合柱:配置复材管内约束的方钢管混凝土柱(Steel-Concrete-FRP-Concrete,SCFC)。由外部方钢管、内置复材圆管、两者之间的夹层混凝土及复材管内部的核心混凝土四个部分组成,截面中可以配置一个或多个由复材管和约束混凝土构成的核心(FRP-Confined Concrete Core,FCCC)。本文对此组合柱的轴压和抗震性能开展了系列的试验研究、理论分析和数值模拟。(1)进行了方钢管内配置单个或多个FCCC两种截面布置类型的短柱的轴压试验,共62个试件。对配置单个FCCC的方钢管混凝土组合柱采用单调和反复加卸载,研究了四个设计变量对其轴压性能的影响;对配置多个FCCC的方钢管组合柱采用单调加载,研究了截面构造、壁厚、材料强度等参数对构件轴压性能的影响;采用三维扫描技术,获得了加载过程中关键受力状态对应的构件外部变形,结合有限元软件,确定了钢管膨胀变形过程及其受力情况。通过试验,得到了此类构件轴心受压破坏的全过程和主要破坏模式,发现其荷载-变形行为与传统构件不同:具有显著的屈服后刚度和稳定的峰值后残余承载力。(2)建立了SCFC短柱的荷载-应变全曲线理论模型,包括弹性、屈服过渡、二次强化、残余承载四个阶段。模型考虑了钢、复材、核心混凝土、夹层混凝土四部分之间的相互作用,尤其发展了在方钢管和复材管复合约束下的混凝土本构和方钢管的鼓屈行为下的受力模型;并通过建立了短柱实体有限元模型,进行了参数分析。基于以上,建议了荷载-应变全曲线的确定方法。(3)进行了14个高轴压比下SCFC的抗震性能试验,研究了轴压比、混凝土强度、复材管厚度和方钢管厚度对抗震性能影响,分析了SCFC的耗能、塑性铰长度以及骨架曲线模式;采用OpenSees建立了组合柱的纤维模型,开展了基于纤维模型的SCFC抗震性能分析;对比了类似截面的双钢管约束混凝土截面在轴压、抗震滞回两种工况下的受力性能。研究表明,SCFC在高轴压比下具有承载力高、耗能能力强、材料性能发挥充分等优势,并建立了其压弯承载力计算方法。综上,通过本文研究建立了SCFC这一新型构件的设计计算方法,并证明其具有独特且优越的受力性能,在重载结构中具有广阔的应用前景。