活性粉末混凝土预制管混凝土组合柱基本性能的研究

This project is a cross research field about ultra high performance concrete and composite structure. A new type of concrete composite column, named prefabricated RPC-tube confined RC column, is presented in the application and the basic mechanical properties of this composite column are the main research contents. The confined effect and its influence factors will be revealed and the constitutive relations will be provided through a lot of tests and analysis. The compression tests and low-reversed cyclic loading tests will be conducted for obtaining the compression properties and seismic properties. Then the calculation method of carring capacity of the composite columns can be established. Two types of the beam-column joints need be tested in order to research the structural performance and construction method in the joint zone. Finally, the fire resistance tests will be researched for estimating fire resistance performance of this composite column. The new type of composite column in the application can use the ultra high compressive strength of RPC and the comfinement effect of stirrup confined concrete together and free the difficulties about the heating curing of RPC in construction site. This new type of composite column system will show the obvious advantages in terms of material costs, fire resistance, maintenance costs, and etc compared with CFST, FRP confined concrete or common stirrup confined concrete. Implementation of this application will present several innovative results and will promote the development of composite structures.

本项目围绕新型组合结构与超高性能混凝土应用这一材料与结构交叉领域课题，提出对RPC预制管混凝土组合柱的基本性能进行试验研究，创新混凝土组合柱的形式和应用范围。通过大量试验和分析揭示RPC预制管组合柱的约束效应与影响因素，建立组合柱的本构关系；对RPC预制管组合柱进行抗压试验和抗震试验，研究组合柱的抗压性能和抗震性能，进而提出组合柱的承载力计算方法和设计方法；设计和试验2种典型的RPC预制管组合柱与混凝土梁的节点形式，研究节点性能和施工方法；最后进行RPC组合柱的抗火试验，对组合柱的抗火性能进行测试和评估。RPC预制管组合柱将RPC的超高抗压强度优势与箍筋约束混凝土的特点相结合，克服了RPC在应用中的成本和工艺障碍，新型组合柱具有良好的承载能力、延性和施工性能。与现有组合柱比较，RPC组合柱在材料成本、抗火性能和维护费用等方面具有突出的优势。本课题将取得一批原创性成果，并推动组合结构的发展。

在结构柱的研究领域，以约束效应为基础的组合柱及超高性能混凝土（UHPC）是最主要的发展方向。现有的约束体系都存在性能上的不足，而UHPC又由于材料成本高，使得其在工程中的应用受到极大限制，目前，这两方面的研究并没有有效结合起来。本项目围绕新型组合结构与超高性能混凝土应用这一材料与结构交叉领域课题，将RPC的超高强度和抗裂性能与约束效应相结合，提出一种新型组合结构—RPC预制管混凝土组合柱（CFRT），并在RPC管离心法工艺、RPC高温后力学性能及无损检测技术、CFRT约束机理、CFRT抗压性能、CFRT抗震性能、CFRT节点设计与施工性能和CFRT抗火性能等七个方面开展了试验研究与分析。本项目提出了RPC预制管离心法标准工艺流程和关键工艺参数，解决了RPC预制管工业化生产的关键性技术问题；研究了RPC高温下抗爆裂问题的机理及抑制方法，建立了高温后RPC抗压强度与超声波声速之间的相关曲线；基于细观受力机理及约束效应，建立了CFRT约束本构关系模型，提出了CFRT轴向承载力计算方法；对CFRT抗震性能开展研究，确定了CFRT抗震性能关键指标，提出了设计方法；设计了一种CFRT柱-钢梁连接节点及施工方法，为CFRT应用于装配式结构奠定了基础；对CFRT柱高温后的力学性能开展研究，为CFRT抗火性能评价及火灾后性能评估提供了依据。本项目的研究表明，CFRT组合柱将超高性能混凝土与约束混凝土两者的优势有效结合了起来，并且克服了RPC在应用上以及现有约束柱在性能方面的不足，扩展了约束混凝土结构的形式与应用空间，具有重要的理论意义。同时，本项目取得了一批原创性成果，为CFRT这一新型组合柱的深入研究与应用奠定了基础。CFRT组合柱具有良好的经济性、安全性和耐久性，在腐蚀性环境中、海洋工程中，特别是远洋岛礁工程中具有良好的应用前景。