目前的研究表明,由于高强混凝土和超高强混凝土自身的高脆性,并且横向膨胀性能较普通混凝土差,使得FRP约束高强和超高强混凝土的轴向受压存在暂时的软化行为(即初始峰值后的软化),这在一定程度上影响了整体的约束效果。在高强和超高强混凝土中掺入钢纤维能有效改善混凝土的脆性并提升变形性能,因此FRP约束钢纤维混凝土柱能够获得良好的约束效果,是克服软化行为的有效办法。针对目前缺乏约束刚度较低的FRP约束钢纤维混凝土研究的情况,本文先进行了不掺钢纤维的混凝土配合比试验,得到基准配合比,然后在此配合比的基础上掺入钢纤维,进行了约束刚度较低的CFRP约束钢纤维混凝土试验研究。主要工作如下:(1)钢纤维混凝土配合比设计与制备。使用常见的普通硅酸盐水泥,硅灰,石英粉,级配石英砂、高效聚羧酸减水剂、消泡剂等材料,设置搅拌工艺、水胶比、砂胶比、水玻璃模型和龄期五个参数,在室温水中养护。测试指标包括立方体抗压强度、坍落度和坍落扩展度。最佳的配合比为水泥:硅灰:石英粉:石英砂:水:减水剂:消泡剂=1:0.25:0.32:1.787:0.251:0.031:0.029。(2)CFRP约束钢纤维混凝土圆柱轴压试验。进行了21约束试件与15个无约束试件的轴压试验研究,其中钢纤维混凝土采用第二章的最佳配合比掺入钢纤维。试验参数有CFRP层数(1-3层)、钢纤维掺量(0-2.5%)和混凝土强度(70-140MPa)。测试内容包括轴向应力,轴向位移,环向应变。分析了各参数对约束试件峰值应力、轴向极限应变、轴向应力应变曲线、环向应变-轴向应变曲线、环向应变分布及初始峰值后的软化行为的影响。试验结果表明,混凝土的强度越高,软化现象越明显,增加钢纤维掺量和CFRP厚度能够改善软化现象,同时钢纤维能够提高环向有效应变,而CFRP厚度对环向应变的影响则不明显。(3)CFRP约束钢纤维混凝土圆柱轴向应力应变模型。将现有文献的FRP约束混凝土轴向应力应变模型与本文试验数据对比,结果表明这些模型都有不同的误差。本文将轴向应力应变曲线划分为弹性段、过渡段和直线段三个阶段,利用本文的试验数据拟合了FRP约束钢纤维混凝土的峰值应力、轴向极限应变公式以及轴向应力应变模型。通过直线段的斜率与约束刚度比的关系确定中、弱类型约束刚度比的界限值为4.3。考虑钢纤维掺量的影响,拟合得到FRP约束钢纤维混凝土的有效应变折减系数计算公式。(4)CFRP约束钢纤维混凝土轴压数值模拟。结果表明CFRP选用Hashin准则、S4R单元,混凝土用损伤塑性模型、C3D8R单元,可以用于ABAQUS分析CFRP约束钢纤维混凝土轴压圆柱。数值模拟的轴向应力应变曲线与试验结果吻合。数值模拟结果表明,增大约束刚度比能减弱初始峰值后的软化,在钢纤维掺量2.5%下,CFRP的约束刚度比大于19.8时不存在软化,高抗拉强度型的整体性能较高弹性模量和高延性的好。