1、国内外研究概况
    纤维增强聚合物(FRP)管混凝土组合结构是以预制FRP筒体作为模板，在管内浇注混凝土而形成的结构。对这种组合结构的研究是当前土木界的一个热点。FRP管混凝土具有三大优点:①保护钢筋和混凝土，提高结构的耐性;②作为核心混凝土纵横向加强材料提高构件的承载力;③作混凝土的永久性模板。Mirmiran等进行了FRP管混凝土柱轴压和压弯试验及理论分析。由试验可见轴压柱发生失稳破坏，压弯柱当轴压力较小时，破坏始于受拉区混凝土开裂，随后FRP管受拉面开裂，终导致破坏。当轴压力较大时，由于受压侧FRP压溃导致柱子破坏。破坏预兆较小，但破坏还是缓慢发生，具有相当的延性。在压弯柱中P-Δ效应很明显。原因是由于FRP管的抗弯刚度较低。随后Mirmiran等进行了大比例的FRP管混凝土组合结构试验，试验发现由于FRP管刚度较小，试件挠度较大。试件的破坏模式取决于轴向荷载大小和FRP配置率的多少。在轴力较小时由受拉控制，当轴力较大时由受压控制。从试验实测的数据可知弯矩一曲率曲线和荷载--挠度曲线均为双线型，斜率由混凝土
的刚度控制，第二斜率由FRP管的刚度控制，两个斜率的交点表明核心混凝土明显开裂。Fam等进行了FRP混凝土实心和空心轴压短柱以及FRP混凝土实心偏压长柱的试验研究。短柱试验表明，由于管子的约束，混凝土强度和延性增加。由于GFRP管的弹性模量较低，强度提高不多。空心管约束效果明显减小。长柱试验表明弯矩--轴力相关曲线上存在一个平衡点，在这一点拉压破坏同时发生。从Fam的试验和理论分析可知，GFRP混凝土管梁的荷载--挠度曲线几乎成双线性，开裂荷载比极限荷载小很多。开裂以后的刚度由FRP铺层结构和径厚比控制。壁较厚或轴向纤维含量较高的混凝土FRP管受弯作用时，往往受压破坏。混凝土抗压强度对FRP混凝土管抗弯性能影响很小，而FRP管刚度对抗弯性能影响很大。FRP管的M-N相关曲线与传统的钢筋混凝土柱很相似，在初始阶段，随着轴向荷载增加，抗弯承载力增加，破坏由受拉侧FRP拉断控制，达到一个平衡点后曲线改变方向，随着轴向荷载增加，抗弯承载力减小，破坏由受压边FRP压溃控制。5eible等着重研究碳纤维板壳在桥梁墩柱和桥面大梁中的应用。卓卫东、范立础、薛元德采用FRP管混凝土制成的桥墩进行低周反复载荷试验和振动台模拟地震试验。李杰、薛元德进行了FRP管混凝土梁柱试验。

2 试验介绍
    试验所用的FRP管采用缠绕法制成，类型I由4层玻璃纤维和一层碳纤维铺设而成，铺层角度为90/士45/0/90,0度的铺层为碳纤维，沿试件纵向。类型II由4层玻璃纤维铺设而成，铺层角度为901土45/90,0玻璃纤维为无碱粗纱Z400Tex，每层厚度为0. 5mm，碳纤维厚度为。0.11mm，重量为200g/m²，基体为不饱和聚酯树脂，固化剂和固化促进剂采用过氧化甲乙酮和辛酸钴，脱模剂为美国产M-0811。梁编号为B-CG-0、B-CG-4,B-G-0, B-G-2. 1、B-G-4;柱编号为BC-CG-4-0.8 、BC-CG-4-I .BC-CG4-4-I.2、BC-G-2.1-0.5、BC-G-2.1-1 .0、BC-G-2.1-1 .2;短柱编号为C-CG-4-a、C-CG-4-b、C-G2.1-b。编号含义B(梁)-CG(碳纤维玻璃纤维)-4(钢筋直径);BC(长柱)-CG(碳纤维玻璃纤维)-4(钢筋直径)-1.0(偏心距);C(短柱)-CG(碳纤维玻璃纤维)-4(钢筋直径)一a(壳体不受力)(b为壳体受力)。梁在万能试验机上进行四点抗弯试验(梁B-CG-O采用三点抗弯试验)，长柱(柱高=9O0mm)在电子万能试验机上进行偏压试验，短柱(柱高=220mm,264mm)在行程控制的万能试验机上进行轴压试验。

3 理论分析方法
3.1  FRP材料的基本力学性能
    FRP单层板的材料常数按细观力学的方法确定如下:

    (1)式中,E₁、E₂、E_f、E_m、为纤维方向的表观弹性模量、垂直纤维方向的表观弹性模量、纤维弹性模量、基体弹性模量；V₁₂、V_f、v_m、为单层板泊松比、纤维泊松比、基体泊松比G₁₂、 G_f、G_m、为单层板剪切模量;纤维剪切模量、基体剪切模;V_f、v_m纤维体积含量、基体体积含量。FRP是正交各向异性材料，单层板在非弹性主方向的应力应变关系式见式(2).式中折减刚度矩阵的各个元素见式(3)。

FRP壳体计算采用层合板理论，层合板的合力和合力矩见式(4)。

式中σ_cε_c是约束混凝土的应力和应变;f分钟_cc、ε_cc是约束混凝土的应力峰值和应变峰值;f分钟_cc、 ε₀为非约束混凝土的应力峰值及其对应的应变，取ε0=0.002;E_c为混凝土的初始切线弹性模量。F₁为

4、理论与试验对比
4.1弯矩曲率关系计算
    (1)弯矩一曲率曲线理论和试验对比。由图1可知GFRP管混凝土试件的弯矩一曲率曲线几近重合，原因可能是因为径厚比很小，破坏主要由GFRP管控制，偏心距大小对其影响不大。图1又示理论计算与试验结果相当吻合。

   (2)轴压比对弯矩一曲率曲线的影响。图2计算参数如下:直径d=300mm，混凝土强度的等级C20，纵向钢筋φ14，单层玻璃纤维厚度t1=0. 5mm，类型II。计算表明弯矩-曲率曲线为双线性，当轴压比n从0增加到0.8时弯矩增加而极限曲率减小，延性降低;当轴压比从0.8增加到1.2时弯矩和极限曲率均减小，延性降低。原因可能是因为轴压比较小时破坏取决于受拉区FRP拉断和受压区混凝土达到极限压应变，轴压比较大时破坏取决于GFRP壳体的压溃。

   图3计算参数如下:d=88mm,C15,64φ4、t1=0. 5mm，类型II(含义同上)。计算表明弯矩一曲率曲线几近重合，这和试验结果是一致的。

   (3)径厚比对弯矩-曲率曲线的影响。图4计算参数如下:d=300rmm, n=0.4、C20、6φ14、类型II，计算表明随着径厚比d/t的减小，第二刚度增加，极限弯矩和曲率提高，刚度和刚度转折点弯矩变化较小。
(4))混凝土强度等级对弯矩-曲率曲线的影响。图5计算参数如下:d=300mm、n=0.4、C20、6φ14、t1=0. 5mm、类型II，计算表明随着混凝土强度等级的提高，刚度转折点弯矩和极限弯矩提高，刚度略有提高而第二刚度变化较小。

   (5)配筋率对弯矩一曲率曲线的影响。图6计算参数如下:d=300rmm, n=0.4、C20、t1=0. 5mm、类型II，计算表明随着配筋率的提高，极限弯矩提高，耗能能力增加。

  (6)铺层角度对弯矩一曲率曲线的影响。图7计算参数如下:d=300rmm, n=0.4、C20、6φ14、类型II，计算表明随着纤维与杆件与纵轴的角度减小，第二刚度和极限弯矩略有提高，当铺层角度接近土45度时极限曲率大。

4.2弯矩一轴力相关曲线计算
    不同FRP配置率t/d对弯矩一轴力相关曲线影响见图8。计算参数如下:d=300rmm, n=0.4、C20、6φ14类型II，计算结果表明随着径厚比d/t增加，弯矩-轴力相关曲线上移，承载力明显提高。

5 结论
    (1) FRP管混凝土组合结构能有效地提高构件的承载力，并由于FRP管的约束作用而提高混凝土强度和延性;
    (2)弯矩一曲率曲线为双线性，刚度取决于混凝土刚度，随着混凝土强度等级的提高，刚度转折点弯矩和极限弯矩提高，但刚度提高程度较小，第二刚度取决于FRP壳体刚度，随着径厚比d1t的减小，第二刚度增加，极限弯矩和曲率提高;
    (3)轴压比对弯矩一曲率曲线影响与径厚比有关，当径厚比较小时轴压比对弯矩一曲率曲线影响较小，当径厚比较大时，随着轴压比增加，弯矩和极限曲率先增后减;
    (4)配筋率的提高，对弯矩一曲率曲线影响较小，因此在FRP管混凝土可按小配筋率配置;
    (5)随着纤维与杆件纵轴的角度减小，第二刚;极限弯矩提高当铺层角度接近士45度时极限。90/士45/90纤维的铺层方法较为适宜;
    (6) GFRP管约束混凝土的本构关系应该仔细合理选用。