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, 2, 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, 5, 6, 7, 8, 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.

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200 mm，管壁厚5.5 mm，组合构件高度700 mm(由350 mm长的两根管拼接而成)，试验所用的混凝土150 mm立方体试块在标准养护条件下的抗压强度为40.8 MPa.GCS-1采用钢筋连接，纵筋4Φ14，箍筋Φ8@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4Φ14，钢板直径为210 mm，厚度为12 mm，钢板上的钢筋焊接点位置为距离钢板形心75 mm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200 mm和100 mm，钢管外径均为113 mm，管壁的厚度均为3.5 mm.

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.

图 1(Figure 1)

Fig. 1

图 1 GFRP管及钢管连接件 Fig. 1 The GFRP tubes and the steel tubes(a)—GFRP管； (b)—钢筋连接件; (c)—钢板钢筋连接件； (d)—钢管连接件.

图 2(Figure 2)

Fig. 2

图 2 GFRP管混凝土连接方式 Fig. 2 The connecting ways of GFRP tube concrete(a)—钢筋连接； (b)—钢板钢筋连接; (c)—钢管连接.

表 1

Table 1

表 1(Table 1)

表 1 GFRP管材料性能 Table 1 The material properties of GFRP tubes GFRP管内径 壁厚 环向 纵向 mm mm 弹性模量/(N·mm-2) 强度/(N·mm-2) 弹性模量/(N·mm-2) 强度/(N·mm-2) 200 5.5 27 400 470 16 650 288

表 1 GFRP管材料性能 Table 1 The material properties of GFRP tubes

表 2

Table 2

表 2(Table 2)

表 2 钢筋性能 Table 2 The material properties of the steel bar 品种 型号 屈服强度/(N·mm-2) 极限抗拉强度/(N·mm-2) 伸长率/% HPB235 Ø8 269.1 433.7 21.8 HRB335 Ø14 380.9 564.6 18.2 钢管 外径113 mm 340.7 519.8 —

表 2 钢筋性能 Table 2 The material properties of the steel bar

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5 000 kN试验机上完成，加载采用单调分级加载方式.

图 3(Figure 3)

Fig. 3

图 3 试验构件与测试 Fig. 3 The experimental members and testing ways(a)—试验构件； (b)—位移计及应变片布置.

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%)P_u(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%)P_u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P_u(GCS-1：2 120 kN；GCPS-2：2 210 kN；GCST-3：2 580 kN；GCST-4：2 490 kN；GC-5：2 350 kN)时，伴随着较大的响声，在距离顶端一定距离处(GCS-1：150 mm，GCPS-2：100 mm，GCST-3：100 mm；GCST-4：50 mm；GC-5：200 mm)，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200 mm长钢管的连接性能好于100 mm长钢管的连接性能，原因是200 mm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.

图 4(Figure 4)

Fig. 4

图 4 试件的破坏模式 Fig. 4 The failure modes of different members(a)—GCS-1； (b)—GCPS-2; (c)—GCST-3； (d)—GCST-4; (e)—GC-5.

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%)P_u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5.8 mm.继续加载到极限荷载(GCS-1：2 120 kN，GCPS-2：2 210 kN，GCST-3：2 580 kN，GCST-4：2 490 kN，GC-5：2 350 kN)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15.0 mm.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，100 mm长钢管和200 mm长钢管连接区别不大.

图 5(Figure 5)

Fig. 5

图 5 荷载-变形曲线 Fig. 5 The load-deformation curves

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%P_u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%P_u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%P_u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.

图 6(Figure 6)

Fig. 6

图 6 荷载-应变关系曲线 Fig. 6 The load-strain curves(a)—GFRP管中上部； (b)—纵筋中部; (c)—钢管中部.

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.

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.