姚未來，江世永,，飛 渭，李雪陽

(1.陸軍勤務學院 軍事設施系，重慶 401311；2.重慶交通大學 土木工程學院，重慶 400074；3.中國人民解放軍93212部隊，遼寧 大連 116200)

鋼筋混凝土結構因其優(yōu)異的性能和易于施工的工藝，成為目前世界上使用最廣泛的建筑結構形式，但隨著建筑領域的不斷發(fā)展，鋼筋混凝土結構所存在的缺點也逐漸暴露出來。一方面，混凝土脆性特征明顯，韌性差，易開裂，并且自身無法有效抑制裂縫的局部發(fā)展，以上問題均會帶來一定程度上的抗震隱患，影響結構的安全性和耐久性；同時，鋼筋銹蝕問題也是影響結構耐久性的重要因素之一；另一方面，如地震觀測站、通訊塔和雷達站等特殊建筑，要求處于無電磁干擾的環(huán)境，鋼筋屬于磁性材料，會造成“靜磁干擾”現(xiàn)象，無法滿足建筑功能要求。

高韌性水泥基復合材料(High Toughness Cementitious Composite，HTCC)是將單絲短纖維摻入到水泥基材中并均勻分散而形成的一種新型復合材料[1]，最初由Li[2]提出。該種復合材料的增韌機理是通過三維亂向分布的短纖維使材料在受拉過程中呈多縫開裂模式，使其極限拉應變遠大于普通混凝土，同時應力能夠隨著應變的增加而增加，從而具有準應變硬化特性[3]和優(yōu)異的韌性。已有研究表明[4-6]，與普通混凝土相比，HTCC的脆性特征明顯減小，其抗拉性能、抗彎性能及其抗剪性能明顯優(yōu)于普通混凝土，表現(xiàn)出優(yōu)異的變形能力以及裂縫分散化能力，避免了普通混凝土的脆性破壞模式。

纖維塑料增強筋，簡稱FRP筋，是由多股連續(xù)纖維絲采用基底材料膠合后制成，具有耐腐性好、輕質(zhì)高強、無磁性等優(yōu)良特性。

用HTCC代替普通混凝土，F(xiàn)RP筋代替普通鋼筋，讓兩者發(fā)揮各自優(yōu)勢，在提高結構耐腐蝕性的同時也保證了結構的抗震性能，并且能夠滿足地震觀測站等特殊建筑的電磁絕緣要求。

由于HTCC優(yōu)異的變形性能，國內(nèi)外研究學者對其構件的力學性能已進行了一定程度的研究。張旭[7]對高軸壓比下鋼筋HTCC柱的抗震性能進行了試驗研究，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，HTCC柱在低周反復荷載作用下均發(fā)生彎曲破壞，沒有出現(xiàn)普通混凝土柱的劈裂、剝落與粘結破壞現(xiàn)象；研究結果表明，在高軸壓比下，與普通混凝土柱相比，HTCC柱表現(xiàn)出更好的抗震性能。鄧明科等[8]進行了鋼筋HTCC短柱抗震性能試驗研究，試驗發(fā)現(xiàn)，HTCC短柱在破壞時剪切斜裂縫開展緩慢，顯著改善短柱的脆性剪切破壞模式；與鋼筋混凝土短柱相比，HTCC短柱的剛度退化緩慢，承載力、延性和耗能能力均明顯提高；研究表明采用HTCC可顯著提高短柱的剪切變形能力，提高其抗震性能和耐損傷能力。趙永生等[9]以養(yǎng)護齡期、纖維摻量和縱筋配筋率為主要參數(shù)，進行了GFRP筋HTCC柱的軸壓試驗研究。結果表明：與傳統(tǒng)混凝土柱不同，HTCC柱在破壞時不會出現(xiàn)材料大面積壓碎的情況，破壞特征為試件表面可見大量裂縫；養(yǎng)護齡期或配筋率的增加有利于試件承載力的提高，但同時也會增加試件的脆性特征，而纖維摻量對試件的力學性能無明顯影響。Li等[10]對GFRP筋HTCC梁和GFRP筋高強混凝土梁分別進行了抗彎試驗，經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，在配筋構造相同的情況下，HTCC梁在延性、抗剪承載力和破壞容許度方面都比高強混凝土梁更加優(yōu)越。Fischer等[11]經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RP筋HTCC彎曲構件在反復荷載的作用下，會呈現(xiàn)出一種非彈性彎曲響應，構件殘余變形較低，最終破壞形態(tài)為逐漸受壓破壞。但目前為止，針對FRP筋HTCC柱抗震性能的研究仍鮮有報道，為促進CFRP筋和HTCC在土木工程中的應用，本文對CFRP筋HTCC柱進行了低周反復荷載試驗，研究不同軸壓比和剪跨比對構件抗震性能的影響。

1 試驗設計

1.1 試件設計

本次試驗共制作6根CFRP筋HTCC柱，其中3根長柱、3根短柱，剪跨比分別為3和5，柱身截面為250 mm×250 mm；試驗柱為倒“T”型柱，柱頭截面增大，以便安裝試驗機作動器。柱身的縱筋和箍筋全部采用直徑為8 mm的CFRP帶肋螺紋筋，12根縱筋對稱布置，底部伸入底座作為錨固措施；箍筋的布置方式為φ8@150井字型復合箍，其中柱底加密區(qū)的箍筋間距取100 mm。試件設計示意圖如圖1所示。試驗軸壓比取0.2、0.4和0.5，參考《建筑抗震設計規(guī)范》[12]，所對應的設計軸壓比分別為0.336、0.672和0.84，后文若無特別指出，均指試驗軸壓比。將6根試驗柱按照剪跨比和軸壓比的區(qū)別，分別編號為Z0.2-3、Z0.4-3、Z0.5-3、Z0.2-5、Z0.4-5和Z0.5-5，主要設計參數(shù)如表1所示。

(a)短柱

(b)長柱

1.2 材料力學性能

在澆筑每根試驗柱的同時額外制作150 mm×150 mm×300 mm的HTCC棱柱體試件，參考《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[13]進行抗壓試驗，測得每根試件的HTCC軸心抗壓強度實測值，如表2所示。試驗用CFRP筋的主要力學性能參數(shù)如表3所示。

1.3 試驗加載與測量

試驗在PLU-1000 kN電液伺服多通道擬動力試驗機上進行，整個試驗加載裝置如圖2所示。

表1 試件設計參數(shù)Tab.1 Parameters of specimens

表2 HTCC軸心抗壓強度Tab.2 Axial compressive strength of HTCC

表3 CFRP筋力學性能參數(shù)Tab.3 Mechanical parameters of CFRP bars

圖2 試驗裝置Fig.2 Test device

加載制度采用位移控，分為三個階段進行：加載初期，以水平位移增量0.5 mm為級差進行加載，直至試件出現(xiàn)第一條橫向裂縫，該階段每級加載循環(huán)1次；試件開裂后，短柱以水平位移增量2.0 mm為級差，長柱以水平位移增量3.0 mm為級差進行加載，每級加載循環(huán)3次；發(fā)現(xiàn)當水平荷載不再增加后，進入第三階段，短柱以水平位移增量3.0 mm為級差，長柱以水平位移增量5.0 mm為級差進行加載，每級加載循環(huán)3次。當發(fā)現(xiàn)水平荷載下降至峰值荷載的85%或者試件破壞嚴重后，停止加載，試驗結束。

在柱頭中部安裝拉線位移傳感器，記錄柱頂端水平位移，同時多通道擬動力加載系統(tǒng)能夠全程記錄柱頭的荷載-位移曲線。此外，在試件底座端部布置百分表，以觀測試件有無水平滑移。

2 試驗現(xiàn)象及結果

在整個試驗過程中發(fā)現(xiàn)，布置在試件底座處的百分表度數(shù)最大值不超過1.20 mm，因此可以認為試件的水平滑移很小，對試驗的影響可以忽略不計。

2.1 試驗現(xiàn)象

6根試件在試驗過程中的破壞過程呈大致相同的趨勢：隨著不斷加載，于試件受拉側距柱底約8～12 cm的區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)初始橫向裂縫，隨后在其附近生成越來越多的細微橫向裂縫；隨著水平位移不斷增大，橫向裂縫逐漸延伸至兩側面，試件側面出現(xiàn)斜裂縫，通常在加載的第二階段末開始逐漸聽到明顯的“噼啪”聲，判斷CFRP筋發(fā)生明顯損傷，同時豎向裂縫也逐漸出現(xiàn)；當荷載下降至直至峰值荷載的85%時，或者破壞嚴重，考慮到安全因素停止加載，所有試件均沒有出現(xiàn)HTCC崩裂和剝落現(xiàn)象；試驗結束后鑿開試件發(fā)現(xiàn)，CFRP縱筋破壞嚴重，但CFRP箍筋均無明顯損壞現(xiàn)象。不同試件之間的區(qū)別主要在于生成初始橫向裂縫的位移和生成豎向裂縫的位移軸壓比越大或剪跨比越大，出現(xiàn)初始橫向裂縫的位移越大，但軸壓比越大，出現(xiàn)豎向裂縫的位移越小。試件的裂縫與破壞情況如圖3所示。

2.2 滯回曲線

各試件的水平荷載-柱端位移滯回曲線如圖4所示。

通過對比，可以得到以下規(guī)律：

(1)在加載初期，試件的荷載-位移曲線幾乎呈線性往返關系；此外，注意到曲線在零點附近存在拐點，這是因為試驗機水平作動器的球頭連接裝置存在一定的空隙，形成空行程而造成。

(2)隨著水平位移逐漸增大，試件損傷加劇，荷載-位移曲線不再呈線彈性關系，構件剛度開始逐漸降低，但此時荷載仍能隨著位移的增加而增大，只是增大的速率不斷降低；當位移增加到一定程度，CFRP縱筋開始發(fā)生較為明顯的損傷，往往從該級或者下一級加載開始，荷載便不再增加，開始緩慢下降。

(a)Z0.2-3

(b)Z0.4-3

(c)Z0.5-3

(d)Z0.2-5

(e)Z0.4-5

(f)Z0.5-5

(a)Z0.2-3

(b)Z0.4-3

(c)Z0.5-3

(d)Z0.2-5

(e)Z0.4-5

(f)Z0.5-5

(3)整個滯回曲線具有捏縮現(xiàn)象，究其原因是多方面的，例如CFRP筋與HTCC之間存在相對滑移、裂縫在往復加載過程中未及時閉合等問題。通過對比可以看出，相對于軸壓比大的試件，小軸壓比試件的捏縮現(xiàn)象較為明顯，這種差異在加載后期尤為顯著。究其原因是因為，加載后期試件在往復動作中裂縫逐漸發(fā)展擴寬，在某個水平方向卸載過程中，小軸壓比試件的裂縫閉合得較慢，此時剛度較小，直到反向加載到一定程度而使裂縫閉合；相對地，高軸壓比下試件由于軸向壓力較大，因此裂縫閉合得較快。

(4)在軸壓比相同的情況下，同普通鋼筋混凝土構件類似，試件的剪跨比越大，水平方向極限承載力越小，但極限水平位移越大。

(5)在剪跨比相同的情況下：試件軸壓比越大，水平方向極限承載力越大，極限水平位移也越大，滯回曲線的形狀越飽滿。

2.3 骨架曲線

骨架曲線是指低周反復荷載試驗中每級加載的峰值荷載-峰值位移曲線，能夠直觀地反映出試件的荷載與位移之間的關系，不同剪跨比以及不同軸壓比試件的荷載-位移骨架曲線對比情況如圖5所示。

(a)軸壓比n=0.2

(b)軸壓比n=0.4

(c)軸壓比n=0.5

(d)剪跨比λ=3

(e)剪跨比λ=5

由骨架曲線分析可知：

(1)根據(jù)試驗結果分析并參考相關文獻[14]，將本次試驗骨架曲線分為三個階段：①線性增長段，該階段位移較小，荷載-位移曲線基本上呈線性增長關系；②強化段，隨著裂縫逐漸發(fā)展，試件剛度開始降低，荷載仍能隨著位移的增加而逐漸增大，但增長速率逐漸變?。虎蹚姸染徛嘶?，縱筋損傷嚴重，但在峰值荷載之后水平方向承載力不會陡降，而是在數(shù)級往復加載的過程中緩慢下降，直至試驗停止。

(2)在剪跨比相同的情況下，不同軸壓比試件的骨架曲線在線性增長段相差不大，但從強化段開始，同一位移處，軸壓比越大，水平荷載越大；但軸壓比為0.5的試件與軸壓比為0.4的試件相差不大，前者的極限荷載僅僅稍大于后者；同時還發(fā)現(xiàn)，軸壓比大的試件骨架曲線強度緩慢退化段越長，極限位移越大。

(3)在軸壓比相同的情況下，剪跨比越大，水平荷載越小，且荷載增長速率越慢，但強度緩慢退化段越長，極限位移越大。這是因為，剪跨比大的試件，其剛度越小，達到同一位移轉(zhuǎn)角時，長柱的水平位移要大于短柱。

各試件的骨架曲線極限值如表4所示。

表4 骨架曲線極限值Tab.4 Limit values of skeleton curves

3 抗震性能分析

3.1 剛度退化

剛度是指結構或構件在受力過程中抵抗變形的能力，不同剪跨比以及不同軸壓比試件的剛度退化曲線對比情況如圖6所示。

(a)軸壓比n=0.2

(b)軸壓比n=0.4

(c)軸壓比n=0.5

(d)剪跨比λ=3

(e)剪跨比λ=5

由圖6不難發(fā)現(xiàn)，所有試件的剛度退化曲線均呈反比例函數(shù)，在加載前期，剛度退化快，隨著位移不斷增加，剛度退化的速率逐漸變小，曲線逐漸變得平緩。

在剪跨比相同的情況下，在同一位移處，軸壓比大的試件剛度較大，但軸壓比0.4和軸壓比0.5的試件差距不明顯，曲線大部分重合；在試驗結束時，同一剪跨比的試件剛度基本退化到同一等級。在軸壓比相同的情況下，同一位移處，試件剪跨比越小，剛度越大；在加載前期，小剪跨比試件剛度的退化速率明顯大于大剪跨比試件。

3.2 耗能性能

目前，對于評價耗能性能的量化指標尚沒有統(tǒng)一的標準，常用的有等效黏滯阻尼系數(shù)、能量系數(shù)、耗能比、功比指數(shù)等方法[15]。本文采用等效黏滯阻尼系數(shù)法進行試件的耗能能力分析，各試件的等效阻尼黏滯系數(shù)曲線如圖7所示。

由圖7可以看出，對于所有試件，在加載前期，等效黏滯阻尼系數(shù)均隨著水平位移的增加而大致呈線性增加趨勢；隨著位移不斷增大，等效黏滯阻尼系數(shù)-位移曲線出現(xiàn)抖動，但總體上仍呈上升趨勢，只是增大速率明顯小于加載前期。通過分析認為，CFRP筋HTCC柱在加載前期，水平位移較小，此時構件主要依靠承載力的提高來參與耗能；而隨著加載位移的不斷增大，縱筋損傷逐漸加劇，此時試件的水平方向承載力開始逐漸降低，但下降速度緩慢，這一階段主要依靠高韌性水泥基復合材料的塑性變形來參與耗能。

圖7 各試件的等效黏滯阻尼系數(shù)Fig.7 Equivalent viscous damping coefficient of specimens

總體來看，在同一水平位移處，軸壓比越大或者剪跨比越大，等效黏滯阻尼系數(shù)越大；在試驗結束前最后一滯回環(huán)的等效黏滯阻尼系數(shù)分別為he,0.2-3=0.096 4、he,0.4-3=0.099 4、he,0.5-3=0.109 4、he,0.2-5=0.097 9、he,0.4-5=0.109 3、he,0.5-5=0.120 8。通過比較等效黏滯阻尼系數(shù)可知，試件軸壓比越大或者剪跨比越大，等效黏滯阻尼系數(shù)越大，表現(xiàn)出更好的耗能性能。龔永智等在對CFRP筋混凝土柱進行等效黏滯阻尼系數(shù)分析時也發(fā)現(xiàn)了同樣的趨勢。

3.3 綜合性能指標

馮鵬等[16]指出，傳統(tǒng)的延性概念并不能全面地反映FRP筋構件的變形性能。在以往對鋼筋混凝土構件進行延性分析的過程中，常采用位移延性系數(shù)作為衡量指標，以名義屈服點作為參考點，定義為試件極限位移與屈服位移的比值，相當于考慮的是僅僅是試件的位移安全儲備，在某種程度上將試件骨架曲線屈服點之后的部分簡化為了一條水平直線，認為承載力在屈服之后增長幅度較小，因而忽略了承載力在屈服之后的貢獻。然而CFRP筋本身為線彈性材料，本次試驗中發(fā)現(xiàn)，雖然由于HTCC的特性使得試件整體的骨架曲線表現(xiàn)出類似于鋼筋混凝土柱屈服之后產(chǎn)生較大變形的形式，但在骨架曲線中的拐點之后試件的承載力仍有一段較為明顯的強化段，表明試件的承載力安全儲備不能忽略。

龔永智[17]在進行CFRP筋混凝土柱抗震性能的研究過程中，將Mufti等[18]提出的綜合性能指標J做適當改進而使之能夠應用于FRP筋混凝土柱，其表達式如下

J=SJ·DJ

(1)

SJ=Fu/Fc

(2)

DJ=Δu/Δc

(3)

式中：SJ為承載力系數(shù)，即考慮了構件的承載力安全儲備，DJ為變形系數(shù)，即考慮了構件的變形安全儲備；Fu為試件的極限承載力(剪力或彎矩)，Δu為極限變形(水平位移、轉(zhuǎn)角或曲率)，F(xiàn)c和Δc分別為混凝土柱受壓邊緣壓應變εc=0.001時試件的承載力和變形。

從綜合性能指標J的定義不難看出，該方法綜合考慮了承載力和變形能力對試件安全儲備的貢獻，相比傳統(tǒng)的延性系數(shù)能夠更為準確、全面地反映本次試件的抗震性能。但需注意的是，該方法是針對混凝土柱提出的，無論是Mufti還是龔永智，所選取的參考點均為混凝土受壓邊緣壓應變εc=0.001的點。其依據(jù)是，由于CFRP筋混凝土構件的骨架曲線沒有明顯的屈服點，因此選取混凝土單軸受壓應力應變曲線的拐點作為參考點。當混凝土壓應變εc<0.001時，混凝土壓應力應變曲線基本可視為線彈性關系，而當εc>0.001之后，其應力應變曲線呈現(xiàn)處明顯的塑性特征，所以將CFRP筋混凝土構件的極限狀態(tài)與εc=0.001對應的狀態(tài)進行比較，用以表征構件的安全儲備。而本文使用HTCC代替了混凝土，該材料的力學性能與普通混凝土之間存在較大差異，壓應力應變曲線也并不完全相同；同時注意到，雖然使用CFRP筋材，但CFRP筋HTCC柱的骨架曲線仍然表現(xiàn)出類似于鋼筋混凝土柱屈服之后變形增大并同時保持一定承載力的形式。因此，針對本次試驗現(xiàn)象，將CFRP筋HTCC柱骨架曲線的拐點作為參考點，將調(diào)整后的綜合性能指標J′定義為

(4)

(5)

(6)

通過調(diào)整后的綜合性能指標法所得到的計算結果如表5所示。

表5 綜合性能指標Tab.5 Comprehensive performance index

通過調(diào)整后的綜合性能分析可知，試件的承載力系數(shù)介于1.16～1.27，變形系數(shù)介于3.17～4.50，綜合性能系數(shù)在3.97～5.36，表明CFRP筋HTCC柱具有較高的承載力儲備和變形儲備；同時也表明，在參與耗能的過程中，塑性變形的貢獻要大于承載力的貢獻，但不能因此而忽略試件承載力的安全儲備。通過比較可知，對于軸壓比相同的試件，剪跨比越大，綜合性能指標越大；而對于剪跨比相同的試件，軸壓比越大，綜合性能指標也越大，表明其變形性能也越大。鄧明科等在鋼筋HTCC柱抗震性能試驗研究中也發(fā)現(xiàn)，隨著軸壓比的增大，試件的變形性能仍能保持在理想的水平，甚至有所提高。

3.4 CFRP筋HTCC柱受力特性

通過以上的耗能分析和綜合性能指標分析表明，軸壓比越大，CFRP筋HTCC柱的耗能性能和變形性能越好，表現(xiàn)出更好的抗震性能，這與傳統(tǒng)鋼筋混凝土柱有所不同。接下來從HTCC的受力特點入手，對這一現(xiàn)象進行分析。

與普通混凝土不同，HTCC本身便具有很好的抗拉延性。已有研究表明[19]，由于纖維的橋聯(lián)作用能夠把材料開裂處的能量傳至附近的未裂區(qū)域，使得開裂區(qū)的HTCC并不會退出工作，仍然能承受一定的拉力，即使是無配筋的HTCC構件在開裂之后承載力也不會出現(xiàn)陡降，甚至會逐漸緩慢上升，因此不能向考慮普通混凝土那樣忽略HTCC的抗拉作用。所以，在本次試驗中，當CFRP縱筋損傷逐步加劇之后，HTCC開始逐漸承擔拉力，試件變形能夠繼續(xù)增加同時仍保持較高的水平方向承載力。由此可見，CFRP筋HTCC柱在反復荷載作用下的受力過程實際上可以分為兩個階段：①第一階段，縱筋尚未發(fā)生明顯損傷，拉力主要由縱筋承擔；②第二階段，隨著位移不斷增加，縱筋損傷逐步加劇，在此之后HTCC也開始逐漸承擔大量拉力。下面將分別針對這兩個階段來分析軸壓比的影響。

3.4.1 第一階段

通過試驗現(xiàn)象和結果可知，所有試件的縱筋往往在峰值荷載附近損傷開始加劇，因此可以認為，在縱筋尚未發(fā)生明顯損傷的這一階段內(nèi)，CFRP筋HTCC柱還未達到水平方向的極限承載力。該階段內(nèi)，與鋼筋混凝土類似，試件在反復荷載作用下，受壓區(qū)壓力主要由HTCC承擔，受拉區(qū)拉力主要由縱筋承擔。如果假設試件在整個破壞過程都處于該階段的狀態(tài)，即縱筋始終承擔主要拉力，那么試件的破壞模式則應該是由于受壓區(qū)HTCC被壓壞而導致承載力下降；若此狀態(tài)下軸壓力越大，則HTCC就越容易被壓壞。所以該階段內(nèi)，軸壓力對CFRP筋HTCC柱的抗震性能理應是不利因素，軸壓比越小試件的變形性能越好，這一結論與軸壓比對鋼筋混凝土柱的影響是一致的。

3.4.2 第二階段

當縱筋損傷逐漸加劇，HTCC也開始承擔大量的拉力。需要注意的是，本次試驗中所有試件在CFRP縱筋發(fā)生明顯損傷現(xiàn)象之前，均未出現(xiàn)HTCC壓壞的現(xiàn)象。參考相關文獻[20]可知，纖維的增韌作用很大程度上改善了材料的壓縮韌性，HTCC的極限壓應變明顯大于普通混凝土，纖維的橋聯(lián)作用使得材料達到峰值壓應力之后的荷載下降段較之普通混凝土要明顯平緩；同時前文也提到，處于受拉狀態(tài)的HTCC在開裂前期并不會退出工作，其本身就具有很好的抗拉能力。因此在這兩個前提條件下，當縱筋發(fā)生明顯損傷后，試件仍然是具有良好的變形能力，承載力也不會驟降，對應于骨架曲線中峰值荷載之后一段較長的強度緩慢下降段。由于所有試件的箍筋均未發(fā)生明顯損壞現(xiàn)象，表明試件內(nèi)部核心區(qū)的復合材料所受的剪切破壞程度較輕，可以認為導致試件最終破壞的因素應該是以下兩方面：受壓區(qū)HTCC被逐漸壓壞或受拉裂縫向內(nèi)延伸較大而導致試件有效承壓面積過?。辉嚰蓚鹊氖芾芽p不斷擴展延伸，最終貫通整個截面。該階段內(nèi)，軸壓力的存在能夠抑制橫向主裂縫的發(fā)展，減緩斷裂面破壞程度，一定程度上增大了試件的有效承壓面積，同時也推遲了試件兩側拉伸裂縫的貫通，因此可以認為，在試件受壓區(qū)HTCC壓壞之前，軸壓力對試件的變形性能是有利的。另一方面，由于HTCC優(yōu)異的壓縮韌性，受壓區(qū)邊緣的材料在達到峰值壓應變之后并不會出現(xiàn)崩裂或剝落，并且邊緣部分HTCC的壓壞只是導致了試件正截面的有效承壓面積減小，并不意味著試件的破壞，此后試件的破壞因素仍舊由HTCC壓壞的加劇和拉伸裂縫的擴展共同控制；因此可以認為，在HTCC出現(xiàn)壓壞現(xiàn)象后，軸壓力仍然具有一定的有利影響。

從試件破壞情況來看，軸壓比為0.2的試件均沒有出現(xiàn)HTCC壓壞現(xiàn)象，其破壞是由橫向裂縫擴展過快而引起；而軸壓比為0.4和0.5的四個試件在加載后期均出現(xiàn)了HTCC起皮現(xiàn)象，表明受壓區(qū)材料開始逐漸破壞，而軸壓比為0.5的試件起皮現(xiàn)象更加嚴重，HTCC壓壞現(xiàn)象更加明顯。通過所有試件破壞形態(tài)的對比，證明上文中對軸壓比影響的分析是合理的，符合本次試驗現(xiàn)象。

綜上所述，對于CFRP筋HTCC柱而言，在主要由縱筋承擔拉力的階段，軸壓力對試件的變形性是不利的；而當縱筋損傷加劇之后，軸壓力反而能夠推遲試件的破壞，此時軸壓比越大，試件的變形性越好。而從骨架曲線來看，試件總體的變形主要體現(xiàn)在峰值荷載之后，即縱筋損傷加劇之后，所以總體來說，軸壓比越大，試件的變形性能越好。但需要指出的是，若軸壓力過大，也有可能導致HTCC過早壓壞而減小試件的變形性能。由于本次試驗樣本有限，未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象，因此，本文的結論只針對本次試驗所選取的軸壓比范圍，即n=0.2～0.5。

4 結 論

本文通過CFRP筋HTCC柱低周反復荷載試驗研究，初步得到以下結論：

(1)在低周反復荷載作用下，CFRP筋HTCC柱受拉兩面出現(xiàn)大量橫向裂縫，主裂縫寬度與深度發(fā)展緩慢，改善了混凝土試件的脆性破壞特征；縱筋在峰值荷載附近發(fā)生明顯損傷，但箍筋全程均無明顯的損壞現(xiàn)象；整個試驗過程中，均沒有出現(xiàn)HTCC崩裂、剝落等情況，表明CFRP筋HTCC柱具有較高的破壞容許度。

(2)CFRP筋HTCC柱的骨架曲線可分為三個階段：線性增長段，該階段位移較小，荷載-位移曲線基本上呈線性關系；強化段，試件剛度開始逐漸降低，荷載仍能隨著位移的增加而增大，但增長速率逐漸變小；強度緩慢退化段，隨著位移不斷增大，縱筋損傷逐步加劇，荷載不再增加，但試件的水平方向承載力不會陡降，而是在數(shù)級加載的過程中緩慢下降。試件軸壓比越大(n=0.2～0.5)，水平方向極限承載力越大，極限位移也越大；試件剪跨比越大，水平方向極限承載力越小，但極限位移越大。

(3)剪跨比越大或軸壓比越大(n=0.2～0.5)，CFRP筋HTCC柱的耗能性能和變形性能越好，表現(xiàn)出更好的抗震性能。同時也指出，該結論只限于本文的軸壓比范圍，即n=0.2～0.5。