震損方鋼管混凝土柱加固方法對比試驗研究

許成祥，楊　炳，盧夢瀟，查昕峰

(1.長江大學城市建設學院， 湖北荊州434023; 2.武漢科技大學城市建設學院， 湖北武漢430065)

?

震損方鋼管混凝土柱加固方法對比試驗研究

許成祥1,2，楊炳1，盧夢瀟1，查昕峰1

(1.長江大學城市建設學院， 湖北荊州434023; 2.武漢科技大學城市建設學院， 湖北武漢430065)

摘要：為了研究不同地震損傷程度下方鋼管混凝土柱修復加固后的抗震性能，進行了7根柱的模擬地震加載、損傷修復加固和加固后的低周往復荷載破壞試驗，研究了外包鋼套和碳纖維布兩種修復加固方法以及不同地震損傷程度對加固效果的影響。對比了兩種方法的加固效果，并分析相應的加固機理。試驗結果表明，經過外包鋼套合理、可靠的加固柱的承載力和剛度有了顯著提高，其抗震性能得到極大的改善；碳纖維布加固對承載力影響不明顯，但改善了柱的延性，抗震性能得到了明顯提高；在一定損傷程度下，加固柱恢復甚至超過受損前的抗震性能。對于方鋼管混凝土柱來說，無論從極限承載力、延性、耗能能力及承載力和剛度退化來看，采用外包鋼套、碳纖維布加固均是一種有效的抗震加固方法，就加固效果而言，外包鋼套加固效果更優。

關鍵詞：方鋼管混凝土柱；外包鋼套；碳纖維布；加固；地震損傷；抗震性能

0引言

鋼管混凝土結構因有優異的抗震性能，目前在抗震設防區及高層超高層建筑中應用越來越廣泛[1-2]。地震損傷修復加固是指震后屬于“可修復”范疇的建筑結構經加固補強后需達到“損傷修復”和“抗震性能增強”的效果。現行的相關規范，GB50367-2013《混凝土結構加固技術規范》、CECS77:96《鋼結構加固技術規范》及《地震災后建筑鑒定與加固技術指南》已對鋼筋混凝土結構、砌體結構和鋼結構的抗震鑒定與加固問題做出了相應的規定和指導，但尚未有規范提及關于鋼管混凝土結構的抗震鑒定和加固問題。

鋼管混凝土抗震加固方法多借鑒鋼筋混凝土結構和鋼結構。外包鋼套法由傳統的外包鋼法改良而成。陸洲導[3]、張克純[4]、殷杰[5]等曾運用外包鋼套法加固鋼筋混凝土節點及框架結構，并取得了較好的加固效果。碳纖維布具有出色的力學性能和便捷的施工性能，已被廣泛用于鋼筋混凝土結構的抗震加固中。國外學者對碳纖維布加固地震損傷后的鋼筋混凝土結構進行了相關研究[6-8]，鄭云[9]、韋江萍[10]、李俊杰[11]、曹靖[12]等對纖維布加固鋼結構進行了試驗研究和理論分析。目前，關于震損鋼管混凝土結構的加固研究[13]較少，不同損傷程度對外包鋼套、碳纖維布加固方鋼管混凝土柱的抗震性能的影響未見報道。

本文作者擬對方鋼管混凝土柱進行模擬地震加載、地震損傷修復加固和加固后的低周往復荷載破壞試驗，分析外包鋼套和碳纖維布兩種方法加固不同地震損傷程度柱的承載力、極限位移、延性和耗能能力，研究加固后的抗震性能，檢驗基于外包鋼套、碳纖維布加固震損方鋼管混凝土柱的可靠性和有效性，并比較兩種方法的加固效果，分析兩種加固方法的適用性，以期為鋼管混凝土結構抗震鑒定與加固技術規程提供依據，并供工程實際參考。

1試驗概況

1.1試件設計與材料力學性能

本文選取方鋼管混凝土框架結構底層框架柱反彎點以下部分為研究對象，基于現行規范，同批次制作7根方鋼管混凝土柱模型，驗算滿足“強剪弱彎”要求。柱選用截面尺寸200 mm×4 mm的方鋼管，采用“外露式”柱腳，底板、鋼管和加勁肋板相互熔透焊接形成一個整體，柱頂焊10 mm厚鋼板，管內裝填C40商品混凝土，測得混凝土立方體平均抗壓強度39.2 N/mm2。柱的有效高度為1 120 mm，試件構造示意圖見圖1。試件模型編號分別為FC-0～ FC-6，施加在柱頂的荷載為500 kN，試驗軸壓比為0.4，柱截面含鋼率ρa為0.085，鋼材力學性能實測值見文獻[2]。

1.2試驗加載裝置和加載制度

試驗加載裝置見圖2。試驗時，試件用高強螺栓與底座相連，用地錨螺栓將底座固定在剛性地面。加載全過程采用位移控制，直至試件破壞才停止加載。規定作動器那側為試件的后側，相對側即為前側，作動器的左右兩側即為試件的左右側[2]。

試件測試主要內容：通過柱根部潛在塑性鉸區域粘貼應變片測量鋼管應變和碳纖維布應變，柱頂設置位移計測得柱頂水平位移。應變片布置見文獻[2]。

圖1構件構造示意圖

Fig.1Schematic diagram of test specimens

圖2試驗加載裝置

Fig.2Loading device

1.3預損方法及加固設計

試件預損即為模擬遭遇多遇地震作用框架柱的地震損傷。本文通過作動器在柱頂施加不同位移量來實現不同程度地震損傷。

試驗共有7根試件，其中，試件FC-0為原型對比試件，直接進行破壞加載試驗。試件FC-1、FC-4未預損分別用外包鋼套、碳纖維布加固后再加載至破壞，作為未損對比試件。試件FC-2、FC-3分別預損18 mm、27 mm以模擬中震、大震時的中度、重度損傷，再用外包鋼套加固，最后加載至破壞。同樣，試件FC-5、FC-6也分別預損18 mm、27 mm，再用碳纖維布加固，最后加載至破壞。表1列出各試件的試驗參數。

表1　各試件加固方法

碳纖維布加固設計參照《碳纖維布片材加固修復混凝土結構技術規程》(CECS146：2003)及《碳纖維加固規程》，在柱加勁肋板頂端處再向上 500 mm的范圍內環箍2層碳纖維布，每層碳纖維布粘貼時搭接長度為120 mm。碳纖維布力學性能見文獻[1]，加固示意圖見圖3。

外包鋼套的加固方法見文獻[2]，加固示意圖見圖4。

圖3柱碳纖維布加固示意圖

Fig.3Diagram of column specimen

strengthened by CFRP sheets

(a) 前(后)側加固 (b)左(右)側加固

圖4外包鋼套加固示意圖

Fig.4Diagram of enveloped steel strengthened column

2試驗過程及破壞形態

各試件的儀器布置和加載裝置都相同，首先施加豎向荷載，待各儀器正常工作后，再進行水平加載。

試件FC-0未加固，直接加載至破壞。試件根部首先在荷載作用平面內發生微小鼓曲，反向加載，鼓曲被拉平且相對側也出現微小鼓曲。前、后側鼓曲部位在加載初期能恢復成平面，隨著加載的持續進行，前、后側鼓曲程度和范圍逐漸加大，卸載后存在較大殘余變形，繼而轉向試件左、右側鼓曲，柱轉角處漆皮產生脫落現象，加載后期出現混凝土碎裂聲。

試件FC-1直接用外包鋼套加固，FC-2、FC-3分別預損18 mm和27 mm，卸載后經外包鋼套加固，最后都進行破壞加載試驗。其宏觀破壞過程大致相似，試件根部首先在荷載作用平面內產生鼓曲，反向加載時鼓曲可以恢復，同時在相對側也出現鼓曲。持續加載，前、后側鼓曲有加大趨勢，但過程發展極為緩慢。加載后期，鼓曲轉向試件左、右側，轉角處漆皮出現起皺現象，能聽到較為明顯的混凝土碎裂聲。需要注意的是，重損加固試件FC-3因在整個加載過程中循環加載次數少于試件FC-1、FC-2，故試件根部左、右側的鋼套未見明顯鼓曲。

試件FC-4直接用碳纖維布加固，FC-5、FC-6分別預損18mm和27mm，卸載后經碳纖維布加固，最后都進行破壞加載試驗。其宏觀破壞過程較為相似，試件根部先在荷載作用平面內出現鼓曲，同時碳纖維布出現褶皺。反向加載則鼓曲能恢復，且褶皺消失，伴隨著膠體脆裂聲。持續加載，試件前、后側鼓曲加大，脆裂聲更加密集，柱轉角處碳纖維布出現裂縫。然后試件的左、右側開始起鼓，同時轉角處碳纖維布裂縫進一步向上、下兩側延伸，直至轉角處碳纖維布完全斷裂，出現剝離，但試件仍能持續承載。直至相對側轉角處碳纖維布也出現斷裂剝離現象，試件才宣告破壞。

各試件破壞形態見圖5，所有試件都表現出壓彎破壞，滿足“強剪弱彎”的抗震設防目標，是較為理想的破壞形態，表明外包鋼套和碳纖維布加固震損方鋼管混凝土柱具有可行性。將試件FC-5破壞后鼓曲部位碳纖維布完全剝離，見圖5(f)，可以發現試件四側鼓曲程度相差不大，而試件FC-0表現為試件前后側鼓曲程度較大，左右側鼓曲程度較輕微，說明碳纖維布加固能充分發揮柱的剪切彈塑性變形，使得柱的抗彎和抗剪能力能較好匹配，這對試件的綜合耗能有益。而外包鋼套加固后，柱的抗彎能力提高的同時，其抗剪能力也有所提高，故其破壞形態和試件FC-0相似，但試件左右側鼓曲更輕微。

圖5　試件破壞形態

3試驗結果與分析

3.1滯回曲線

實測各試件FC-0～FC-6在低周反復荷載作用下的滯回曲線如圖6所示。從圖6可以看出：

①在各試件屈服之前，處于彈性工作階段，循環加載一次形成的滯回曲線包圍面積較小，荷載與位移基本呈線性變化，在加載、卸載過程中，剛度基本不退化，殘余應變極小，且無明顯殘余變形。彈塑性工作階段時，試件根部出現鼓曲后，隨著加載位移幅值加大及循環次數上升，試件進入非線性狀態，荷載與位移不再呈線性變化，且卸載后存在較大殘余變形。塑性工作階段，滯回曲線逐漸倒向位移軸，形成的滯回曲線越來越飽滿，耗能加大，且塑性鉸的轉動能力逐漸加強。

②外包鋼套加固試件FC-1～FC-3的承載力較試件FC-0的有顯著提高，達到極限荷載后，同級加載位移幅值下，承載力出現不同程度退化現象，但下降幅度較小，反映出經外包鋼套加固后試件具有較好的延性。

③碳纖維布加固試件FC-4～FC-6的承載力較試件FC-0提高不明顯，但增加了試件破壞前的循環次數，改善了試件的延性，滯回曲線十分飽滿。因此，碳纖維布加固提高了試件的抗震能力。值得注意的是，加固試件FC-4～FC-6在加載前期，滯回環呈現出較為飽滿的梭形，但在加載后期，滯回環均出現不同程度捏攏現象。出現這種情況的原因在于：①加載后期碳纖維布逐漸被拉斷，從而開始喪失約束能力，鋼管與碳纖維布之間有一定的滑移；②鋼管內部分核心混凝土已被壓碎，鋼管與混凝土之間出現較大滑移。

④比較未損加固試件FC-1與中度損傷加固試件FC-2、未損加固試件FC-4與中度損傷加固試件FC-5，其滯回曲線相差不大，尤其試件FC-4、FC-5差別更小，從而反映出經外包鋼套、碳纖維布加固后柱的抗震性能基本接近未損直接加固柱的抗震性能。說明外包鋼套、碳纖維布對鋼管混凝土結構的損傷修復具有較好的效果。

(a) FC-0

(b) FC-1

(c) FC-2

(d) FC-3

(e) FC-4

(f) FC-5

(g) FC-6

3.2骨架曲線

圖7　各試件骨架曲線Fig.7　Skeleton curves of specimens

將滯回曲線每級循環峰值點相連可得骨架曲線,可以直觀明了地反映結構的強度、變形等性能。骨架曲線如圖7所示。可見：

①外包鋼套加固試件FC-1～FC-3的承載力較試件FC-0有顯著提高，預損程度越小，提高程度越大，且外包鋼套加固可以明顯提高試件的初始剛度。

②與試件FC-0相比，碳纖維布加固試件FC-4～FC-6的初始剛度與之相差不大，說明碳纖維布加固對試件的初始剛度基本無貢獻。加固試件的極限承載力較試件FC-0有一定程度提高，但提高不明顯。尤其試件FC-4、FC-5的骨架曲線有較長、較平緩的水平段，且極限承載力相差不大，而重損試件FC-6基本與試件FC-0骨架曲線重合，表明碳纖維布加固未損、中損結構效果最好，能使其具有更好的延性和耗能能力。

③比較試件FC-1～FC-3和試件FC-4～FC-6可知，外包鋼套加固未損、中損結構的抗震性能均要優于碳纖維布加固不同損傷程度的結構，而外包鋼套加固重損結構的抗震性能也要比碳纖維布加固重損結構的更好。

④外包鋼套加固試件FC-1～FC-3的骨架曲線完全覆蓋試件FC-0，碳纖維布加固試件FC-4～FC-6的骨架曲線除試件FC-6外基本與試件FC-0重合外，其余均在試件FC-0上方。說明外包鋼套加固不同損傷程度方鋼管混凝土柱能超過受損前的抗震性能，碳纖維布加固柱可以恢復甚至超過受損前的抗震性能。總之，外包鋼套、碳纖維布均是一種非常有效的抗震加固方法。

3.3加固試件抗震性能評價

根據骨架曲線，得出屈服位移Δy，Pmax、Δmax分別為極限荷載及其對應的位移，求得試件的位移延性系數μ(85%極限荷載對應的位移Δu與屈服位移Δy的比值)。位移角即為柱頂點位移與柱的有效高度的比值。試驗結果對比見表2。從表2可知：

①所有試件屈服時的頂點位移角為1/97～1/80，極限荷載時的極限位移角為1/33～1/41，極限位移角為1/24～1/17，顯示了加固柱都有良好的延性變形能力，滿足“大震不倒”的抗震設防目標。

②外包鋼套加固試件FC-1、FC-2和FC-3的極限荷載比試件FC-0分別提高了54.89%、43.64%和27.62%，延性系數也分別提高16.88%、14.86%和4.53%。碳纖維布加固試件FC-4、FC-5和FC-6極限荷載比試件FC-0分別提高了10.19%、2.55%和-2.34%，延性系數分別提高16.12%、12.09%和2.77%。預損程度對外包鋼套、碳纖維布加固柱的極限承載力和延性影響較為明顯，預損越小，則極限承載力和延性的提高程度越大。

③外包鋼套加固試件FC-1～FC-3的極限位移角為1/33，說明外包鋼套法加固受損結構能恢復其抗倒塌能力。碳纖維布加固試件FC-4、FC-5、FC-6的位移角分別為1/30、1/33和1/41，說明碳纖維布加固未損結構能提高其抗倒塌能力，而加固中損結構能恢復其抗倒塌能力，但加固重損結構后其抗倒塌能力不能恢復到未損前水平。

表2　試件數據比較

為更好體現出試件的損傷進程，根據各試件的實測滯回曲線計算得出各試件在各階段的等效黏滯阻尼系數he、能力耗散系數E及總耗能Ep。試件在不同階段的耗能見表3。

從表3可以看出，總耗能隨著加載位移的增加而逐漸加大，反映在試件上就是柱根部塑性鉸的不斷發展。屈服階段時，加固試件總耗能和試件FC-0耗能相差不大，這是因為加固材料在屈服階段還沒開始發揮作用。極限荷載階段時，加固試件FC-1～ FC-6的總耗能Ep、能量耗散系數E和等效黏滯阻尼系數he均較試件FC-0有大幅度增長，說明加固材料已經開始發揮作用。破壞荷載階段時，外包鋼套加固試件FC-1～FC-3的總耗能增長量大于碳纖維布加固試件FC-4～FC-6，說明外包鋼套加固能使試件在塑性工作階段具有更好的變形能力，其耗能能力更優。這種現象可解釋為：外包鋼套加固能保證試件達到極限荷載后承載力緩慢下降，故試件變形能力更好，從而消耗了更多能量。這也與試驗現象及滯回曲線相吻合。所有加固試件等效黏滯阻尼系數he在0.43～0.53，且大于試件FC-0的，說明外包鋼套、碳纖維布加固不同損傷程度的柱均能恢復甚至超過原有結構的耗能能力，滿足抗震設計要求。

表3　試件在不同階段的耗能

3.3承載力和剛度退化

圖8　承載力退化曲線Fig.8　Strength degradation curves

承載力退化系數λi能評價各試件的承載力退化情況，其具體計算方法為各級控制加載位移下第3次循環中峰值荷載與第1次循環峰值荷載的比值。各試件承載力退化情況見圖8。從圖8可知：

①外包鋼套、碳纖維布加固試件的承載力退化速率都較試件FC-0的緩慢，說明這兩種加固方法都能延緩試件承載力衰減，使其在經受地震作用時具有持續承載能力，從而改善了試件延性。所有加固試件的承載力退化曲線都沒有出現明顯的突變，說明這兩種方法加固柱具有可靠性。

②碳纖維布加固試件FC-4～FC-6承載力退化曲線在下降過程中有起伏現象，這是由于碳纖維布加固屬于被動約束，隨著鋼管根部管壁出現起鼓，碳纖維布的環箍作用逐漸發揮出來。說明碳纖維布加固的主要作用是約束并限制了柱塑性鉸的發展速率，并使得柱受剪鼓曲程度加大，較充分發揮了柱根部鋼管抗剪耗能性能，從而提高了試件的延性。而外包鋼套加固試件FC-1～FC-3的退化曲線沒有出現起伏現象，且退化速率都要較試件FC-0更加緩慢。這主要得益于外包鋼套焊接在柱的根部后與柱形成了一個新整體，鋼套在加載初期就能協同受力，參與變形。

③損傷越大，則加固后試件承載力退化速率越快。這是因為不管是外包鋼套加固，還是碳纖維布加固，加固的只是鋼管，而預損會使得鋼管內核心混凝土產生裂縫，混凝土與鋼管黏結作用減弱，內部損傷未得到修復。從承載力退化速率來看，外包鋼套的加固效果要優于碳纖維布的。

圖9　剛度退化曲線Fig.9　Stiffness degradation curves

采用割線剛度Ki來表示試件的整體剛度退化情況。因各試件在彈性階段剛度退化不明顯，故取彈塑性階段后剛度為研究對象，剛度退化曲線見圖9。由圖9可知：

①外包鋼套加固能顯著提升試件的初始剛度，而碳纖維布加固對試件初始剛度的影響不明顯。加固試件的剛度退化速率要比試件FC-0緩慢，尤其是達到極限荷載后，剛度下降更為緩慢，這有利于結構吸收和釋放能量，從而提高試件的抗震性能。

②碳纖維布加固試件FC-4～FC-6的剛度退化曲線基本重合，反映出試件的前期預損程度對碳纖維布加固后柱的剛度退化沒有明顯影響。

3.4加固效果對比

碳纖維布加固需使用結構膠，但膠體的防火性能有限，若碳纖維布加固結構在使用過程中遭遇火災，碳纖維布則會失效。而外包鋼套加固柱施工便捷、工期短，且不涉及結構膠，不會造成環境污染。另外，無論是從承載力、延性系數、極限位移、耗能能力和承載力及剛度退化等參數來看，外包鋼套加固效果都要優于碳纖維布。主要原因在于：①碳纖維布在加載過程中雖能發揮其受拉性能，但加載后期會被拉斷而逐漸退出工作；而鋼套同時具有抗拉強度和抗壓強度，將其與鋼管焊接成整體后能充分發揮其良好的延性性能。②碳纖維布實際計算厚度極小，故單位面積上碳纖維布用量較少，且遠小于鋼材用量。

值得注意的是，若經歷過地震損傷的鋼管混凝土柱鋼管存在較大的殘余變形，此時宜選用碳纖維布加固。若選用外包鋼套加固，因鋼套不能較好貼合被加固柱而造成焊接質量較差，難以保證加固效果。碳纖維布屬于柔性材料，較大殘余變形下仍能保證良好的加固效果。

4結論

本文針對未損和不同地震損傷程度的方鋼管混凝土外露式柱腳框架柱采用了外包鋼套、碳纖維布兩種方法損傷修復加固，進行了柱的抗震性能試驗研究，探討了不同地震損傷程度對加固效果的影響，比較了兩種方法的加固效果，得出以下結論：

①所有加固試件的滯回曲線均呈現出飽滿的紡錘形，在水平低周反復荷載作用下都經歷了彈性、屈服和極限3個階段。加固試件屈服位移角為1/80～1/92，極限位移角為1/41～1/30，破壞位移角為1/24～1/17，位移延性系數均大于4，顯示了經加固后柱具有良好的變形能力，滿足抗震規范的要求。

②外包鋼套加固顯著提高了柱的極限荷載，最大提高率為54.89%，且對試件初始剛度的提升較為明顯，延性也有所提高。預損傷程度對加固柱的極限承載力、剛度、延性和耗能能力有較大影響，損傷程度越小，經加固后柱的極限承載力、剛度、延性和耗能能力提高程度越大。

③碳纖維布加固對于提高柱的極限承載力和初始剛度作用不明顯，極限承載力最大提高率僅10.19%，延性最大提高值為16.12%。沒有損傷和中度地震損傷柱經加固后，其各階段承載力和剛度退化較為接近，說明經碳纖維布合理加固后，經歷的損傷對結構性能的影響有限。

④從極限承載力、極限位移、延性和耗能能力等參數來看，采用外包鋼套、碳纖維布加固方鋼管混凝土柱均是一種十分有效的抗震加固方法，能使受損結構恢復甚至超過原有結構的抗震性能。

⑤從加固效果來看，外包鋼套加固效果更優。

參考文獻：

[1]許成祥，付晨曦，楊炳，等.碳纖維布加固震損鋼管混凝土柱抗震性能試驗研究[J]. 世界地震工程，2015，31(3)：228-235.

[2]許成祥，楊炳，趙斌，等.外包鋼加固震損鋼管混凝土柱的抗震性能試驗[J]. 廣西大學學報(自然科學版)，2015, 40(4): 821-830.

[3]陸洲導，劉長青，張克純，等.外包鋼套法加固鋼筋混凝土框架節點試驗研究[J]. 四川大學學報(工程科版)，2010, 42(3): 56-62.

[4]張克純，陸洲導.外包鋼套加固震損框架節點試驗研究[J]. 低溫建筑技術，2012, 34(4): 28-30.

[5]殷杰，朱春明，龔治國，等.外包鋼套法加固震損鋼筋混凝土框架抗震性能試驗研究[J]. 建筑結構，2013,43(12): 67-73.

[6]VATANI-OSKOUEI A.Repairing of seismically damaged RC exterior beam-column connection using CFRP [J]. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2010, 29(21): 3257-3274.

[7]TANARSLAN H M.Repairing and strengthening of earthquake-damaged RC beams with CFRP strips [J]. Magazine of Concrete Research, 2010, 62(5): 365-378.

[8]TSONOS A G.Effectiveness of CFRP-jackets and RC-jackets in post-earthquake and pre-earthquake retrofitting of beam-column sub-assemblages [J]. Engineering Structures, 2008, 30(3): 777-793.

[9]鄭云，葉列平，岳清瑞.FRP加固鋼結構的研究進展[J]. 工業建筑, 2005, 35(8)：20-25,34.

[10]韋江萍.CFRP加固鋼管混凝土軸心受壓短柱承載力分析[J]. 工程抗震與加固改造, 2009, 31(4): 66-70.

[11]李俊杰.碳纖維布加固圓鋼管軸心受力有限元分析及試驗研究[D]. 蘭州: 蘭州理工大學, 2011.

[12]曹靖.碳纖維增強復合材料加固鋼結構理論分析和實驗研究[D]. 合肥：合肥工業大學, 2011.

[13]許凱龍.鋼構套加固震損方鋼管混凝土框架邊節點試驗研究[D]. 武漢：武漢理工大學, 2014.

(責任編輯唐漢民裴潤梅)

Comparative experimental study on strengthening approachof seismic-damaged CFSST columns

XU Cheng-xiang1,2, YANG Bing1, LU Meng-xiao1, ZHA Xin-feng1

(1. School of Urban Construction, Yangtze University, Jingzhou 434023, China;

2. School of Urban Construction, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430065, China)

Abstract:In order to study the seismic behaviors of seven repaired CFFST columns, which had different earthquake damage levels. The test included pre-damage loading, rehabilitation of damage and destruction tests under lateral cyclic loading. The reinforcement effects of the methods of enveloped steel and CFRP on different levels of earthquake damage were studied. The reinforcement effects of the two methods were compared, and their reinforcement mechanism is analyzed. The experimental results show that, after reasonable and reliable reinforcement by enveloped steel, the stiffness and ultimate bearing capacity of the columns have significant improvement. The seismic behavior of columns is improved greatly. Influence of CFRP on the ultimate bearing capacity of columns is not obvious, but the ductility and seismic behavior are improved obviously. To a certain extent of damage level, the strengthened columns can reach or even exceed their original performances before earthquake-damage. For CFSST columns, from the aspects of ultimate bearing capacity, ductility, energy dissipation and degradation of strength and stiffness, the methods of enveloped steel and CFRP are effective for seismic strengthening. In terms of reinforcement effect, the method of enveloped steel is better than that of CFRP.

Key words:concrete-filled square steel tube (CFSST) column; enveloped steel; carbon fiber reinforced polymer (CFRP); reinforcement; seismic damage; seismic behavior

中圖分類號：TU398.9

文獻標識碼：A

文章編號：1001-7445(2016)01-0053-10

doi:10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.0053

通訊作者：許成祥(1965—)，男，安徽廬江人，長江大學教授，博士生導師；E-mail: cx_xu@sina.com。

基金項目：國家自然科學基金資助項目(51178057)；湖北省高等學校優秀中青年科技創新團隊計劃項目(T201303)

收稿日期：2015-07-30；

修訂日期：2015-12-02

引文格式：許成祥，楊炳，盧夢瀟，等.震損方鋼管混凝土柱加固方法對比試驗研究[J].廣西大學學報(自然科學版)，2016，41(1)：53-62.