摘要:拼接GFRP管混凝土组合构件是在两个独立的GFRP管拼接处设置连接件，再在内部浇筑混凝土，形成一种连续整体的GFRP管混凝土组合构件．通过试验，研究了基于3种连接(钢筋、钢板钢筋及钢管连接)的拼接GFRP管混凝土组合构件的受力机理和破坏模式．结果表明，当加载到(30%～40%)Pu(极限荷载)时，在GFRP管表面开始出现白纹;当加载到(60%～70%)Pu时，GFRP管对核心混凝土开始产生套箍约束作用;继续加载，套箍约束作用继续存在．拼接构件的破坏发生在构件端部，连接处没有发生破坏，而连续整体构件破坏发生在中部位置，表明3种连接均能保证拼接GFRP管混凝土轴压构件正常工作．
关键词:GFRP管;钢筋;钢板钢筋;钢管;轴压构件;拼接
中图分类号:TU398 文献标志码:A 文章编号:1005－3026(2016)01－0118－05
GFRP管混凝土组合构件是在GFRP管的内部浇注混凝土而形成的一种新型构件［1－3］．GFRP管具有抗腐蚀性能，对内部混凝土起到了很好的保护作用;GFRP管对核心混凝土的套箍约束作用，使混凝土在外荷载作用下处于三向受力状态，同时核心混凝土增强了GFRP管的稳定性［4－9］．近年来，由于实际工程需要，经常将两个或两个以上的GFRP管混凝土构件拼接成一个连续整体的GFRP管混凝土构件，连接部位的受力性能是GFRP管混凝土组合构件的关键部位．为此本文提出了基于钢筋、钢板钢筋及钢管作为连接件的拼接GFRP管混凝土组合构件的拼接方法，并通过试验研究其轴心受压性能．
1试验概况
本次试验共设计了5根GFRP管混凝土试验构件，试验所用的GFRP管的内径200mm，管壁厚5.5mm，组合构件高度700mm(由350mm长的两根管拼接而成)，试验所用的混凝土150mm立方体试块在标准养护条件下的抗压强度为40.8MPa．GCS－1采用钢筋连接，纵筋4_14，箍筋8@50(注:HPB235钢筋目前在国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010—2010中已取消);GCPS－2采用钢板钢筋连接纵筋4_14，钢板直径为210mm，厚度为12mm，钢板上的钢筋焊接点位置为距离钢板形心75mm处的圆周等分点;GCST－3和GCST－4采用钢管连接，钢管连接长度分别为200mm和100mm，钢管外径均为113mm，管壁的厚度均为3.5mm．试验前，按设计要求制作GFRP管及连接件，并在设计位置粘贴应变片［10］．GFRP管及连接件形式见图1，GFRP管混凝土连接方式见图2，GFRP管的实测性能参数见表1，钢筋及钢管的实测力学性能见表2.在GFRP管中部及上下1/4截面位置处分别粘贴应变片，以测量试验构件的环向和纵向应变，见图3．受压方式采用GFRP管和核心混凝土共同承压，试验在5000kN试验机上完成，加载采用单调分级加载方式．
2破坏模式
在荷载作用初期，所有构件的GFRP管与内部钢筋、钢管及混凝土的变形都很小，整个构件处于弹性工作阶段．当加载到(30%～40%)Pu(极限荷载)时，GFRP管表面开始出现一些白色条纹;继续加载，GFRP管表面的纤维颜色逐渐变得不规则且局部发白，随着荷载的增加，白色条纹的范围不断地往外延伸;当加载到(75%～85%)Pu时，偶尔可以听到GFRP管纤维断裂和树脂开裂的声音．在荷载达到极限荷载Pu(GCS－1:2120kN;GCPS－2:2210kN;GCST－3:2580kN;GCST－4:2490kN;GC－5:2350kN)时，伴随着较大的响声，在距离顶端一定距离处(GCS－1:150mm，GCPS－2:100mm，GCST－3:100mm;GCST－4:50mm;GC－5:200mm)，GFRP管的纤维开始发生断裂，并且沿着纤维方向从断裂的地方向两侧迅速剥离、扩展．极限状态时，构件GCS－1，GCPS－2和GCST－3的中部连接处没有发生破坏，构件GCST－4的拼接处几乎同时发生破坏，而对比构件GC－5破坏发生在构件中部附近一定范围内．说明这3种连接方式均能保证构件轴心受压正常工作，而200mm长钢管的连接性能好于100mm长钢管的连接性能，原因是200mm长钢管对核心混凝土的约束范围大，使内部混凝土受力更加均匀．构件的破坏模式见图4.
3变形分析
由试验得到构件的荷载与变形关系曲线见图5．可以看出，在加载到极限荷载前，各构件的荷载与变形关系曲线相似，近似呈线性关系;当加载到(60%～70%)Pu时，荷载与变形关系曲线出现明显的转折点，变形的增长速度明显大于荷载的增长速度，此时构件变形分别为5.8，6.2，4.6，5.2和5.8mm．继续加载到极限荷载(GCS－1:2120kN，GCPS－2:2210kN，GCST－3:2580kN，GCST－4:2490kN，GC－5:2350kN)时，构件发生破坏，构件最大变形分别为13.5，12.8，19.0，19.6和15.0mm．构件GCST－4的承载力比构件GCST－3略低，且GCST－3和GCST－4承载力高于对比件6%～10%，由于钢管连接件对内部混凝土的约束作用提高了拼接GFRP管混凝土构件的承载力，采用3种连接方式均是可行的，100mm长钢管和200mm长钢管连接区别不大．
4荷载与应变关系分析
构件的荷载与应变关系见图6．由图6a可知，在荷载作用初期，各个构件GFRP管的荷载与应变关系曲线表现出线性关系，说明构件此时处于弹性工作阶段;当加载到60%Pu左右时，GFRP管的应变增长速度大于荷载增长速度，表明GFRP管对混凝土的约束作用明显;继续加载，GFRP管的荷载与应变曲线大致呈线性变化，说明GFRP管对内部混凝土继续产生约束作用．构件GCS－1，GCPS－2，GCST－3的GFRP管中上部的环向应变比对比件小，纵向应变与对比件相近，随着荷载的增加变化趋势不明显，构件GCST－4环、纵向应变均大于对比件．由图6b可以看出，在荷载达到70%Pu以前，钢筋的荷载与应变曲线基本呈线性关系，达到极限荷载时，构件GCS－1，GCPS－2内部钢筋屈服．由图6c可知，在加载初期，钢管的荷载与应变关系曲线呈线性关系，当加载到50%Pu左右时，钢管的环向变形呈非线性增长．极限状态时，构件GCST－3和GCST－4内部钢管的纵、环向应变均屈服．钢筋、钢板钢筋及钢管3种连接方式均能保证拼接GFRP管混凝土轴压构件正常工作，由于钢板钢筋连接件的制作比较复杂，采用钢管连接的拼接GFRP管混凝土的构件承载力高于采用钢筋及钢板钢筋连接件的拼接GFRP管混凝土构件承载力，所以在实际工程中推荐采用钢管连接的方式.
5结论
1)GFRP管混凝土拼接构件的破坏发生在构件端部，连接处没有发生破坏，而连续整体构件破坏发生在中部位置．2)在GFRP管内部设置钢筋、钢板钢筋及钢管，均能保证拼接GFRP管混凝土轴压构件正常工作．3)3种拼接构件与政治期刊对比构件受力类似，但钢管拼接构件的承载力高于对比件6%～10%，在实际工程中推荐采用钢管拼接方式．
作者：张霓 王连广 陈百玲 单位：东北大学 资源与土木工程学院