随着人们对建筑功能的要求不断提高,建筑工程正朝着更高、更长、更深的方向发展,对混凝土及其构件的各项性能指标提出了更高的要求。采用超高性能混凝土(UHPC),结合轻质高强耐腐蚀的碳纤维增强复合材料(CFRP),发展CFRP约束UHPC预制构件,可满足装配式建筑结构对小尺寸、高性能抗压构件的需求。然而,国内外集中于CFRP约束普通混凝土(NC)或高强度混凝土(HSC)的研究,关于CFRP约束UHPC的研究还非常有限,特别是CFRP约束UHPC抗冲击性能。为此,本文以CFRP约束UHPC为研究对象,采用试验研究和理论分析相结合的方法,探讨CFRP约束UHPC在单调轴压、单次循环轴压、重复循环轴压、冲击轴压和冲击劈裂下的力学行为,并建立相应极限状态的计算模型,主要内容和部分结论如下:(1)为优化UHPC的制备方法,采用宏观力学试验与微观测试相结合的方法,探讨不同配合比和养护条件对UHPC内部微观结构的影响,开展了UHPC流动度试验,轴压试验和扫描电子显微镜测试,分析了配合比和制备工艺对UHPC工作性能,抗压性能及其微观结构的影响规律以揭示UHPC的增强机制。研究结果表明:提高凝胶与骨料界面过渡区(ITZ)的密实度和强度是增强UHPC的关键;UHPC的抗压强度随着水胶比的提高先增大后降低;过高的砂胶率会造成UHPC的工作性能和抗压性能下降;掺入消泡剂可以有效提高UHPC的表观质量;掺入2.5%的钢纤维能大幅提高UHPC的抗压强度,并明显改善其脆性特征;高温养护能使UHPC的4 d抗压强度比常温养护提高约50%,但存在后期强度下降的可能。(2)开展CFRP约束UHPC单调轴压试验研究,探讨CFRP厚度对CFRP约束UHPC抗压强度、弹性模量、泊松比、应力应变关系和轴向-环向应变关系、破坏模式的影响规律。研究结果表明:二层CFRP约束UHPC在单调加载条件下极限应力和应变分别增大了1.4倍和3.5倍;CFRP约束UHPC的应力应变曲线和横向-环向应变曲线能被明确地区分为三个阶段,约束层数较低时会出现峰后应力损失的现象;无约束UHPC试件在达到极限状态前几乎没有弹塑性变形阶段,而CFRP约束UHPC随着约束层数的增多,第二上升阶段的斜率、极限应力和应变都明显增大,环向应变分布的不均匀的现象逐渐减缓,但轴向应变分布的不均匀的现象逐渐增大。(3)开展CFRP约束UHPC在单调轴压作用下的极限状态预测公式和应力应变模型的理论分析。通过收集现有针对CFRP约束混凝土代表性的计算模型,结合CFRP约束UHPC的试验结果,基于名义约束力提出了CFRP断裂应变预测公式和CFRP约束UHPC的极限状态预测公式。研究结果发现:CFRP约束UHPC的强度增强系数和应变增强系数与抗压强度呈比例关系,但现有的模型都在不同程度上低估了CFRP约束UHPC的轴向变形能力和环向断裂应变。(4)开展CFRP约束UHPC在轴向单次循环和重复循环荷载作用下的试验研究和理论分析,对CFRP约束UHPC在两种循环荷载作用下的应力应变行为、残余轴向应变,CFRP断裂应变等关键参数进行了分析,并修正了适用于CFRP约束UHPC在轴向循环荷载作用下的应力应变模型。研究结果表明:与单调轴压试验相比,CFRP约束UHPC在循环加载条件下的极限应力和应变略有提高,增幅均在10%之内;现有循环加载模型的无法准确地预测情CFRP约束UHPC的力学行为。(5)为探究CFRP约束UHPC的动态抗压性能,开展了分离式霍普金森压杆装置(SHPB)动态冲击加载试验,以此探讨应变率和约束厚度对试件的破坏模态、应变率、动态抗压强度等动态力学能的影响规律,并以应变率和约束率为自变量建立了适用于CFRP约束UHPC的动态抗压强度预测公式。研究结果表明:冲击气压从0.6MPa起每增加0.2MPa,无约束试件的动态抗压强度分别提高29%,35%和51%;一层约束试件分别提高9%,27%和34%;增加约束层数可使动态增强因子(DIF)随应变率的增幅下降;CEB-FIP模型高估了无约束和CFRP约束UHPC的动态抗压强度。(6)为了模拟CFRP约束UHPC抗侧向冲击性能,利用SHPB装置开展了CFRP约束UHPC冲击劈裂加载试验,探讨应变率和约束厚度对试件的破坏模态、应变率、动态劈裂抗拉强度和动态增强系数等动态力学能的影响规律,并以应变率和约束率为自变量建立了CFRP约束UHPC动态劈裂抗拉强度预测公式。研究结果表明:冲击气压从0.4MPa起每增加0.2MPa,无约束试件的动态劈裂抗拉强度分别提高5%,13%和38%;一层约束试件分别提高10%,33%和50%;动态劈裂抗拉强度随着应变率和约束层数的提高而提高,但增加约束层数可使DIF随应变率的增幅下降;CEB-FIP模型在一定程度上低估了无约束和CFRP约束UHPC的DIF。