寒冷地区混凝土的浇筑、使用和养护受到了很大限制,为解决这一问题,本文尝试将冰作为一种建筑材料来取代混凝土,将其与钢材或纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,FRP)进行组合,提出了基于受力性能的钢管冰柱、基于绿色环保的亚麻FRP管冰柱和大断裂应变FRP管冰柱以及基于多功能一体化的自发光FRP管冰柱。它们是由钢管或FRP管和内部的冰组成,在外钢管或FRP管的约束下核心冰的强度和延性可大大提高,外钢管或FRP管可作为冰的永久模板,且外管的存在阻隔了外部恶劣环境对核心冰的不利影响,这类构件有望用于寒区的建筑结构。本文对这类组合短柱的轴压性能进行了探索性试验研究,主要内容包括:(1)对3个圆形纯冰短柱、9个圆形钢管冰短柱和9个方形钢管冰短柱进行了轴压试验,试验变量为钢管的径(或宽)厚比,以考察钢管冰短柱的轴压力学性能。试验结果表明:钢管冰柱具有承载力高、延性好的优点,钢管冰柱的承载力大于空钢管和纯冰柱承载力的简单叠加;钢管冰柱的承载力和初始刚度随着钢管径(或宽)厚比的减小而增大;提出了圆形和方形钢管冰短柱的轴压承载力公式。(2)对3个圆形纯冰短柱、3个圆形锯末增强冰短柱、9个圆形亚麻FRP管纯冰短柱和9个圆形亚麻FRP管锯末增强冰短柱进行了轴压试验,试验变量为FRP管中纤维布的层数(2层、4层和6层)和是否在冰中加入锯末,以考察圆形亚麻FRP管冰短柱的轴压力学性能。试验结果表明:约束纯冰和约束锯末增强冰的抗压强度和极限轴向应变均随着FRP层数的增加而提高;锯末的加入显著改善了无约束冰和约束冰的力学性能;提出了圆形亚麻FRP管纯冰短柱和圆形亚麻FRP管锯末增强冰短柱的轴压承载力公式。(3)对3个圆形纯冰短柱、3个圆形锯末增强冰短柱、9个圆形大断裂应变FRP管纯冰短柱和9个圆形大断裂应变FRP管锯末增强冰短柱进行了轴压试验,试验变量为FRP管中纤维布的层数(1层、2层和3层)和是否在冰中加入锯末,以考察圆形大断裂应变FRP管冰短柱的轴压力学性能。试验结果表明:使用大断裂应变FRP可以大大提高组合柱的承载力和变形能力;约束纯冰和约束锯末增强冰的轴向应力-应变曲线均近似呈双线性,且二者抗压强度和峰值轴向应变均随着FRP层数的增加而近似呈线性增长;相同FRP层数约束下,核心锯末增强冰的抗压强度和极限轴向应变均大于核心纯冰;在对约束冰的拐点应变、拐点应力和二次刚度等关键参数进行定义和讨论的基础上,提出了约束纯冰和约束锯末增强冰的轴向应力-应变模型。(4)在材料层面,对自发光FRP进行了材料拉伸试验、亮度观测和电镜扫描(SEM),以考察其材料拉伸性能、发光性能和微观结构,结果表明在树脂基体中加入发光粉基本不会对FRP的拉伸力学性能产生影响;自发光FRP激活后的亮度随时间的退化近似呈双曲线。在构件层面,对3个圆形纯冰短柱、9个普通FRP管冰短柱和9个自发光FRP管冰短柱进行了轴压试验,试验变量为FRP管中纤维布的层数(1层、2层和3层)以及发光粉质量占树脂基体质量的比例(0和80%),以考察圆形自发光FRP管冰短柱的轴压力学性能。结果表明约束冰的抗压强度随FRP层数的增加近似线性增大,而约束冰的峰值应变受FRP层数变化的影响很小;在FRP管中加入发光粉对组合柱轴压力学性能影响很小;提出了圆形普通FRP管冰短柱和圆形自发光FRP管冰短柱的轴压承载力公式。