UHPC-混凝土組合柱研究綜述

王 靜 王 洋 張云龍

（吉林建筑大學土木工程學院， 長春 130118）

0 引言

隨著社會的進步和經濟的持續發展，現代工程結構已經發展到涉及大跨、高聳、重載等工程環境，對建筑材料和部件的要求越來越高。作為建筑物中最重要的支撐構件，結構柱必須具有非凡的承載能力和變形能力，良好的耐火性能，既滿足現代建筑技術的工業要求，也滿足苛刻環境條件下的應用[1]。在組合柱的研究方面，超高性能混凝土（Ultra high performance concrete，簡稱 UHPC）和約束混凝土柱無疑是最為突出的發展方向。

1 超高性能混凝土的研究

超高性能混凝土，簡稱UHPC(Ultra-High Performance Concrete)，在過去的幾十年，不僅實現工程材料性能的大跨越，也為工程結構的進步奠定了基礎。

UHPC材料已經具有良好的施工性能，并且也可以實現自密實，常溫養護，已經具備工程推廣的條件。鋼纖維 UHPC的性能類似于鋼。UHPC還具備許多優越特性：較高的抗裂性，密封性，抗凍性強，耐堿性，韌性好，抗沖擊性優異等，對于各種工程需要都能給與滿足。使用 UHPC作為建筑材料具有以下優點：增加構件承載力，從根本上減少了構件大尺寸的缺點，卻能獲得同樣的力學性能；減小結構的自重，運輸吊裝方面十分方便的同時，外形也更加美觀。UHPC不僅加強構件抗疲勞性，也增加構件抵御腐蝕性介質侵蝕、凍融破壞、和其他混凝土常見的老化行為能力，大大減少了混凝土結構的后期維護費用。

2 鋼管混凝土研究

鋼管混凝土結構利用鋼管和混凝土兩種材料材料相結合的混合結構，利用了兩種材料的優點實現結構上的超性能發揮。自問世以來，各國科研人員取得了豐碩的成果。包括歐洲EC4(1996)、德國DIN18806(1997)、美 國 ACI319-89(1999)、SSLC(1979)、LRFD(1994)以及日本AIJ(1997)等。

我國雖然在鋼管混凝土結構上的研究較其他國家起步較晚，但是目前處于國際先進水平，尤其以鐘善桐先生和蔡紹懷先生為代表，譚克峰、吳文平等科研人員，他們對鋼管混凝土進行了大量的試驗與研究，并為中國的鋼管混凝土結構的研究提供了一整套理論[2-5]。1966年鋼管混凝土結構首次應用于北京地鐵工程，隨著越來越多的工程應用，逐漸取得了卓有成效的效果。

3 UHPC-混凝土組合柱研究

UHPC-混凝土組合柱是基于鋼管混凝土柱結構的新型改進形式，充分發揮UHPC材料特性及鋼管混凝土結構特性，具有以下優點：UHPC預制管由于其材料而具有超高承載能力，對于組合柱的垂直載荷具有共同承載的能力。UHPC材料抗拉性能，導致預制管對內部混凝土橫向位移變形進行限制，并提供有效的橫向約束。UHPC預制管作為普通混凝土的外層，承擔了模板的作用，有效節約資源，方便施工。UHPC防火耐熱耐腐蝕性能較鋼管混凝土在后期維護上有巨大優勢，適合各種復雜環境。UHPC-混凝土組合柱不僅降低了UHPC材料的成本，而且具有良好的安全性，經濟性和耐用性，也是一種超高性能結構柱。并且 UHPC由于本身屬于混凝土材料的一種，通過試驗證得兩者泊松比相近，所以UHPC-混凝土組合柱的結合要好于鋼管和混凝土。

國外學者 C.Beschi[2]使用 UHPC對鋼筋混凝土梁、柱的抗震加固技術進行了大量研究，試驗結果表明，加固以后的結構，在承載力和延性等方面有效提高。朱健[3]等利用UHPC強度等級作為影響因素，研究其高強混凝土偏壓柱破壞形態及受力特點，并分析 UHPC縱向應變及內部箍筋應變，撓度等試驗數據，試驗證明，UHPC對承載能力的提高明顯，對于結構受力狀態下的裂紋控制有著更優的效果。

4 有待進一步研究的問題

UHPC-混凝土組合柱取得了一定的進展，但是有些研究必須需要進一步開展。

（1）將 UHPC-混凝土組合柱這一新型結構進行推廣應用到工程領域，需對其各項力學性能、變形能力、破壞機理等方面進行探索研究，組合柱的軸心受壓試驗最簡單也是最基本的試驗，對其進行研究，具有非常重要的研究意義。

（2）由于 UHPC-混凝土組合柱作為一種新的結構形式，其承載能力公式并沒有正式統一的說明，根據不同的 UHPC預制管的壁厚、箍筋配筋率、以及核心混凝土的強度進行進一步研究。

（3）UHPC-混凝土組合柱的應用場景非常廣泛，抗震性能是結構柱抵抗地震波能力的體現，對于結構的安全可靠使用有著非常重要的意義。所以有必要對UHPC-混凝土組合柱抗震方面進行性能驗證。