UHPC-混凝土组合柱研究综述

王 静 王 洋 张云龙

（吉林建筑大学土木工程学院， 长春 130118）

0 引言

随着社会的进步和经济的持续发展，现代工程结构已经发展到涉及大跨、高耸、重载等工程环境，对建筑材料和部件的要求越来越高。作为建筑物中最重要的支撑构件，结构柱必须具有非凡的承载能力和变形能力，良好的耐火性能，既满足现代建筑技术的工业要求，也满足苛刻环境条件下的应用[1]。在组合柱的研究方面，超高性能混凝土（Ultra high performance concrete，简称 UHPC）和约束混凝土柱无疑是最为突出的发展方向。

1 超高性能混凝土的研究

超高性能混凝土，简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，在过去的几十年，不仅实现工程材料性能的大跨越，也为工程结构的进步奠定了基础。

UHPC材料已经具有良好的施工性能，并且也可以实现自密实，常温养护，已经具备工程推广的条件。钢纤维 UHPC的性能类似于钢。UHPC还具备许多优越特性：较高的抗裂性，密封性，抗冻性强，耐碱性，韧性好，抗冲击性优异等，对于各种工程需要都能给与满足。使用 UHPC作为建筑材料具有以下优点：增加构件承载力，从根本上减少了构件大尺寸的缺点，却能获得同样的力学性能；减小结构的自重，运输吊装方面十分方便的同时，外形也更加美观。UHPC不仅加强构件抗疲劳性，也增加构件抵御腐蚀性介质侵蚀、冻融破坏、和其他混凝土常见的老化行为能力，大大减少了混凝土结构的后期维护费用。

2 钢管混凝土研究

钢管混凝土结构利用钢管和混凝土两种材料材料相结合的混合结构，利用了两种材料的优点实现结构上的超性能发挥。自问世以来，各国科研人员取得了丰硕的成果。包括欧洲EC4(1996)、德国DIN18806(1997)、美 国 ACI319-89(1999)、SSLC(1979)、LRFD(1994)以及日本AIJ(1997)等。

我国虽然在钢管混凝土结构上的研究较其他国家起步较晚，但是目前处于国际先进水平，尤其以钟善桐先生和蔡绍怀先生为代表，谭克峰、吴文平等科研人员，他们对钢管混凝土进行了大量的试验与研究，并为中国的钢管混凝土结构的研究提供了一整套理论[2-5]。1966年钢管混凝土结构首次应用于北京地铁工程，随着越来越多的工程应用，逐渐取得了卓有成效的效果。

3 UHPC-混凝土组合柱研究

UHPC-混凝土组合柱是基于钢管混凝土柱结构的新型改进形式，充分发挥UHPC材料特性及钢管混凝土结构特性，具有以下优点：UHPC预制管由于其材料而具有超高承载能力，对于组合柱的垂直载荷具有共同承载的能力。UHPC材料抗拉性能，导致预制管对内部混凝土横向位移变形进行限制，并提供有效的横向约束。UHPC预制管作为普通混凝土的外层，承担了模板的作用，有效节约资源，方便施工。UHPC防火耐热耐腐蚀性能较钢管混凝土在后期维护上有巨大优势，适合各种复杂环境。UHPC-混凝土组合柱不仅降低了UHPC材料的成本，而且具有良好的安全性，经济性和耐用性，也是一种超高性能结构柱。并且 UHPC由于本身属于混凝土材料的一种，通过试验证得两者泊松比相近，所以UHPC-混凝土组合柱的结合要好于钢管和混凝土。

国外学者 C.Beschi[2]使用 UHPC对钢筋混凝土梁、柱的抗震加固技术进行了大量研究，试验结果表明，加固以后的结构，在承载力和延性等方面有效提高。朱健[3]等利用UHPC强度等级作为影响因素，研究其高强混凝土偏压柱破坏形态及受力特点，并分析 UHPC纵向应变及内部箍筋应变，挠度等试验数据，试验证明，UHPC对承载能力的提高明显，对于结构受力状态下的裂纹控制有着更优的效果。

4 有待进一步研究的问题

UHPC-混凝土组合柱取得了一定的进展，但是有些研究必须需要进一步开展。

（1）将 UHPC-混凝土组合柱这一新型结构进行推广应用到工程领域，需对其各项力学性能、变形能力、破坏机理等方面进行探索研究，组合柱的轴心受压试验最简单也是最基本的试验，对其进行研究，具有非常重要的研究意义。

（2）由于 UHPC-混凝土组合柱作为一种新的结构形式，其承载能力公式并没有正式统一的说明，根据不同的 UHPC预制管的壁厚、箍筋配筋率、以及核心混凝土的强度进行进一步研究。

（3）UHPC-混凝土组合柱的应用场景非常广泛，抗震性能是结构柱抵抗地震波能力的体现，对于结构的安全可靠使用有着非常重要的意义。所以有必要对UHPC-混凝土组合柱抗震方面进行性能验证。