高温对GFRP管混凝土柱轴压性能影响研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.010

中国塑料 ›› 2025, Vol. 39 ›› Issue (7): 56-62.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2025.07.010

高温对GFRP管混凝土柱轴压性能影响研究

高永红(), 何家乐, 金清平

武汉科技大学城市建设学院，武汉 430065

收稿日期:2024-08-04 出版日期:2025-07-26 发布日期:2025-07-22
作者简介:高永红(1967—)，女，副教授，从事FRP土木工程结构与性能研究，gaoyonghong@wust.edu.cn
基金资助:
湖北省建设厅科研资助项目（厅头〔2022〕2198号?67）;湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划项目(T2022002)

Effect of elevated temperatures on axial compressive performance of concrete⁃filled GFRP tube columns

GAO Yonghong(), HE Jiale, JIN Qingping

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

Received:2024-08-04 Online:2025-07-26 Published:2025-07-22

摘要/Abstract

摘要：

为研究高温环境对玻璃纤维增强聚合物（GFRP）管混凝土柱轴压性能的影响，试验在20~220 ℃的温度范围内对两种规格的GFRP管、混凝土立方体和GFRP管混凝土柱进行2 h和4 h的加热处理，通过分析GFRP管的环向拉伸性能、轴向压缩性能及混凝土立方体强度，揭示这些材料在高温条件下的性能变化及其对GFRP管混凝土柱轴压性能的影响。结果表明，常温下GFRP管混凝土柱的极限抗压承载力比素混凝土柱显著提高了4.75倍，随着温度升高，GFRP管和混凝土的变形协调性变差，力学性能发生退化，导致GFRP管混凝土柱的极限承载力和极限应变逐渐下降，特别是在220 ℃时，加热2 h和4 h后，GFRP管混凝土柱的极限承载力分别下降了18.73 %和20.21 %。加热温度上升对GFRP管混凝土柱轴压性能的影响比高温作用时间更为明显。

关键词: 玻璃纤维增强聚合物管混凝土柱, 高温, 轴压性能, 极限承载力, 约束作用

Abstract:

This study examined the effects of elevated temperatures （20⁃220°C） on the axial compressive behavior of concrete⁃filled glass fiber reinforced polymer （GFRP） tubular columns. Experimental investigations were conducted on GFRP tubes， concrete cubes， and composite columns with two different specifications， subjected to heating durations of 2 and 4 hours. The study evaluated circumferential tensile properties of GFRP tubes， compressive strength of concrete， and their combined influence on column performance. Results indicated that at ambient temperature， GFRP confinement enhanced the ultimate bearing capacity of concrete columns by 4.75 times compared to unconfined specimens. However， elevated temperatures significantly degraded the mechanical compatibility between GFRP tubes and concrete， leading to progressive reductions in both ultimate bearing capacity and strain. At 220 ℃， the bearing capacity decreased by 18.73 % （2⁃hour exposure） and 20.21 % （4⁃hour exposure）. Temperature elevation proved more detrimental to axial performance than exposure duration， highlighting the importance of thermal considerations in GFRP⁃confined concrete column design.

Key words: concrete?filled GFRP tube column, elevated temperature, axial compressive performance, ultimate compressive capacity, confinement effect

中图分类号:

TQ327.1

高永红, 何家乐, 金清平. 高温对GFRP管混凝土柱轴压性能影响研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(7): 56-62.

GAO Yonghong, HE Jiale, JIN Qingping. Effect of elevated temperatures on axial compressive performance of concrete⁃filled GFRP tube columns[J]. China Plastics, 2025, 39(7): 56-62.

图/表 14

图1 试件的形状与尺寸

Fig.1 Shape and size of the specimen

图2 GFRP管加载试件及设备

Fig.2 GFRP tube separation disc loading specimen and equipment

图3 GFRP管轴向压缩试件

Fig.3 GFRP tube axial compression specimen

图4 加载试验简图和装置

Fig.4 Load test schematics and devices

图5 高温后CFGFT柱外观对比

Fig.5 Comparison of the appearance of CFGFT column after elevated temperatures

图6 高温作用后CFGFT柱破坏形态

Fig.6 Damage pattern of CFGFT column after elevated temperatures

图7 GFRP环向拉伸强度

Fig.7 GFRP tube circumferential tensile strength

图8 GFRP管轴向压缩强度

Fig.8 GFRP tube axial compressive strength

图9 GFRP管的拉伸应力⁃应变曲线

Fig.9 Tensile stress⁃strain curves of GFRP tube

图10 GFRP管的轴压应力⁃应变曲线

Fig.10 Axial compressive stress⁃strain curves of GFRP tube

图11 混凝土的压缩强度

Fig.11 Compressive strength of concrete

图12 试件的极限承载力平均值

Fig.12 Mean values of ultimate bearing capacity of specimens

图13 不同加热温度下CFGFT柱的荷载⁃应变曲线

Fig.13 Load⁃strain curves of CFGFT columns at different heating temperatures

图14 荷载⁃极限应变平均值

Fig.14 Load⁃limit strain averages

参考文献 22

[1]	中国公路学报编辑部. 中国桥梁工程学术研究综述·2021［J］. 中国公路学报， 2021，34（2）： 1⁃97.
	Editorial department of China journal of highway and transport. review on China's bridge engineering research： 2021 ［J］. China Journal of Highway and Transport， 2021，34（2）： 1⁃97.
[2]	刘伟庆，方海，方园. 纤维增强复合材料及其结构研究进展［J］. 建筑结构学报， 2019，40（4）： 1⁃16.
	LIU W Q， FANG H， FANG Y. Research progress of fiber reinforced composites and structures， 2019，40（4）： 1⁃16.
[3]	于冬雪，于化杰，黎红兵，等. FRP建筑材料的结构性能及应用综述［J］. 材料导报， 2021，35（S2）： 660⁃668.
	YU D X， YU H J， LI H B， et al. Structure， property and application as building materials of FRP： a review ［J］. Materials Reports， 2021， 35（S2）： 660⁃668.
[4]	ZHOU A， QIN R， CHOW C L， et al. Structural performance of FRP confined seawater concrete columns under chloride environment［J］. Composite Structures， 2019，216： 12⁃19.
[5]	金清平，刘运蝶. 纤维增强复合材料约束混凝土柱耐久性研究进展［J］. 中国塑料， 2023，37（2）： 121⁃128.
	JIN Q P， LIU Y D. Research progress in durability of fiber⁃reinforced⁃polymer⁃confined concrete columns ［J］. China Plastics， 2023，37（2）： 121⁃128.
[6]	马辉，崔航，李哲，等. 玻璃纤维管约束再生混凝土柱轴压性能研究［J］. 应用力学学报， 2019，36（1）： 209⁃218.
	MA H， CUI H， LI Z， et al. Axial compression performance and bearing capacity of restrained recycled concrete columns with glass fiber tube. Chinese Journal of Applied Mechanics ［J］. 2019，36（1）：209⁃218.
[7]	LIU T Q， LIU X， FENG P. A comprehensive review on mechanical properties of pultruded FRP composites subjected to long⁃term environmental effects［J］. Composites Part B Engineering， 2020，191： 107958.
[8]	AYDIN F. Effects of various temperatures on the mechanical strength of GFRP box profiles［J］. Construction and Building Materials， 2016，127： 843⁃849.
[9]	BARBER K， SALEM O， FAM A. Structural performance of concrete⁃filled gfrp tube slender columns in ambient and standard fire conditions［J］. Journal of Composites for Construction， 2021（5）： 25.
[10]	GUO Z， XIA L， LIN Q， et al. Test on mechanical behavior of pultruded concrete⁃filled GFRP tubular short columns after elevated temperatures［J］. Composite Structures， 2021，257： 113163.
[11]	MOLLAKHALILI A， TABATABAEIAN M， KHALOO A. Experimental and numerical investigations on the post⁃heating performance of concrete⁃filled pultruded GFRP tubes under concentric compression［J］. Composite Structures， 2024，331： 117914.
[12]	TABATABAEIAN M， KHALOO A， AZIZMOHAMMADI M. The effects of elevated temperatures on the performance of concrete⁃filled pultruded GFRP tubular columns［J］. Thin⁃Walled Structures， 2021，169： 108404.
[13]	LOBANOV D S， STAROVEROV O A. The fatigue durability GFRP under increased temperatures［J］. Procedia Structural Integrity， 2019，17： 651⁃657.
[14]	MORGADO T， CORREIA J R， SILVESTRE N， et al. Experimental study on the fire resistance of GFRP pultruded tubular beams［J］. Composites Part B： Engineering， 2018，139： 106⁃116.
[15]	李猛，宗钟凌，谢青海，等. 高温后GFRP方管力学性能试验研究［J］. 江苏海洋大学学报（自然科学版）， 2022，31（3）： 57⁃62.
	LI M， ZONG Z L， XIE Q H， et al. Experimental study on mechanical properties of GFRP square pipe after elevated temperature ［J］. Journal of Jiangsu Ocean University：Natural Science Edition， 2022，31（3）： 57⁃62.
[16]	MORGADO T， SILVESTRE N， CORREIA J R. Simulation of fire resistance behaviour of pultruded GFRP columns［J］. Thin⁃Walled Structures， 2019，135： 521⁃536.
[17]	中华人民共和国住房和城乡建设部. 中华人民共和国行业标准普通混凝土配合比设计规程JGJ/55⁃2011 建筑规范［M］. 中华人民共和国行业标准普通混凝土配合比设计规程JGJ/55⁃2011 建筑规范， 2011.
[18]	高永红，彭梦蜜，金清平. 温度对玻璃纤维增强聚合物筋与混凝土黏结性能影响试验研究［J］. 中国塑料， 2022，36（9）： 16⁃23.
	GAO Y H， PENG M M， JIN Q P， Temperature effect on bond performance between glass fiber reinforcement polymer bars and concrete ［J］. China Plastics， 2022，36（9）： 16⁃23.
[19]	时建伟. 高温后方GFRP管混凝土短柱轴向力学性能研究［D］. 武汉：长江大学， 2021.
[20]	南建林，过镇海，时旭东. 温度升降循环下混凝土变形性能的试验研究［J］. 建筑科学， 1997（2）： 16⁃21.
	NAN J L， GUO Z H， SHI X D. Experimental investigation of deformation behaviour of concrete under temperature cycles ［J］. Building Science， 1997（2）：16⁃21.
[21]	LI C， GAO D， WANG Y， et al. Effect of high temperature on the bond performance between basalt fibre reinforced polymer （BFRP） bars and concrete［J］. Construction & Building Materials， 2017，141： 44⁃51.
[22]	董坤，郝建文，李鹏，等. 环境温差下FRP⁃混凝土界面粘结行为分析［J］. 工程力学， 2020，37（11）： 117⁃126.
	DONG K， HAO J W， LI P， et al. Studies on the bond performance of FRP⁃to⁃concrete interfaces under environmental temperature difference ［J］. Engineering Mechanics， 2020，37（11）： 117⁃126.

高温对GFRP管混凝土柱轴压性能影响研究

Effect of elevated temperatures on axial compressive performance of concrete⁃filled GFRP tube columns

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 14

参考文献 22

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	索书武, 沈继勇, 王鹏, 郝贡欣, 景宏君, 李志刚, 李海滨. 不同掺量废旧聚对苯二甲酸乙二醇酯粉末对沥青混合料的性能影响研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 113-119.
[2]	金清平, 曾东垚, 刘运蝶. 氯盐冻融作用下损伤GFRP管混凝土柱轴压性能试验研究[J]. 中国塑料, 2025, 39(8): 55-61.
[3]	何文峰, 赵彤杰, 谢于辉, 梅毅, 谢德龙. 耐高温含氢乙烯基有机硅树脂的合成及改性[J]. 中国塑料, 2025, 39(1): 31-36.
[4]	蒋琴瑶, 贾雨耀, 杨绍哲, 吴蓉, 白威, 孙腾. 改性聚碳酸酯耐高温性能研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 125-131.
[5]	李明昆, 林荣涛. PC/ABS高温下耐疲劳性能的影响因素研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(12): 77-80.
[6]	高永红, 陈凌峰, 金清平. 冻融环境下GFRP管混凝土柱轴压性能试验研究[J]. 中国塑料, 2023, 37(1): 74-81.
[7]	焦志伟, 王克琛, 张杨, 杨卫民. 基于碳纳米涂层沉积滑石粉与炭黑协同填充PVC/ABS复合材料的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(8): 10-15.
[8]	周文贤. 偏光片变色机理浅析[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 81-88.
[9]	周文贤, 李铭全. 新型高耐久染料系聚乙烯醇偏光膜的性能研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 53-59.
[10]	卢春燕, 王刚, 刘帅, 朱天容, 刘芸, 汪海平, 胡思前. 高温缩聚法制备高透明性聚酰亚胺薄膜[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 48-52.
[11]	孙国华, 崔佳齐, 汪杨, 张信, 马劲松, 侯连龙. 耐热型聚合物锂离子电池隔膜的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 190-194.
[12]	邢剑, 张书诚, 余琴, 李长龙, 徐珍珍. 高温抗氧剂对聚苯硫醚结构与性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(4): 79-85.
[13]	祝问遥, 邵伟光, 王新华, 李华, 叶海木, 蔡利海. 耐高温锂离子电池隔膜材料应用现状及发展[J]. 中国塑料, 2021, 35(3): 151-160.
[14]	伍石, 项尚林, 吴凯华, 王博. 双马来酰亚胺对丙烯酸酯结构胶的改性研究[J]. 中国塑料, 2017, 31(02): 51-55 .
[15]	杨卫民, 李海燕. 蒸汽发泡与传统发泡方式对TPU发泡效果的影响[J]. 中国塑料, 2016, 30(09): 9-13 .