DB21-T 3998-2024 碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱技术规程

ICS01.040.93DB21碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱技术规程辽宁省住房和城乡建设厅联合发布2024沈阳碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱技术规程i根据辽宁省市场监督管理局辽市监发[2022]20号文件《辽宁省市场监督管理局关于印发2022年辽宁省地方标准立项计划的通知》，在借鉴国内外先进标准的基础上，结合本地区碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱的实际，由辽宁科技大学和中国建筑东北设计研究院有限公司等单位负责编制本规程。本标准的主要技术内容是：在钢管混凝土柱和FRP管混凝土柱的基础上演变和发展起来的碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱，属于钢、混凝土和碳纤维增强聚合物组合结构形式之一。一方面，碳纤维增强聚合物-钢管混凝土可以充分利用钢、混凝土和碳纤维增强聚合物三种材料在受力过程中的相互作用，可以取得很好的组合效应，进而获得更高的承载力。另一方面，可以采用碳纤维增强聚合物加固更新既有老旧钢管混凝土柱。为了对其设计施工等技术要求做出配套的规定以促进其进一步发展，本规程在总结国内外设计、施工、管理经验和科研成果的基础上，对碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱的基本设计要求、材料、构件承载力计算、节点和施工与验收等做出了规定。本规程为首次发布，发布结果不承担涉及专利的责任。本规程由辽宁省住房和城乡建设厅负责管理，由辽宁科技大学负责解释。执行过程中如有意见或建议，请寄送辽宁科技大学（地址：辽宁省鞍山市立山区千山中路189号，邮编：114051）。本规程主编单位：辽宁科技大学中国建筑东北设计研究院有限公司本规程参编单位：辽宁中测建筑科技有限公司沈阳市建设工程质量监督站辽宁省交通高等专科学校东北大学成都工业学院中国三冶集团有限公司辽宁省市政工程设计研究院有限责任公司辽宁建安兴业工程有限公司中国二十二冶集团有限公司中国建筑第八工程局有限公司东北分公司本规程主要起草人员：王庆利陈勇高国瑞阎磊顾威陈猛彭宽赵彤刘一民丁兆东王军勇王涛高华国张铁志田帅张红涛高松张慧莹张艺竞高行程秦海宇葛浩刘鹏飞于彦凯董志成陈鹏董志峰吕延超宁迎福冯颖郭义寰高健于海凤朱立雷白羽潘东旭周宇孔令杰赵杰韩俊谦张鹏鹏刘昊坤叶天文杨佳豪本规程主要审查人员：李庆钢白阳李楠卢伟然夏志忠杨璐由世岐 12术语和符号 22.1术语 3基本规定 74材料性能与设计指标 85构件的承载力计算 135.1一般规定 5.2承载力计算 5.3压-弯滞回构件的恢复力模型 6节点和连接 207施工 267.1一般规定 267.2钢构件的制作与施工 267.3混凝土施工 277.4碳纤维布粘贴施工 288检查与验收 29 29 29本规程用词说明 37本规程引用标准名录 38附：条文说明 391Generalprinciples 2Termsandsymbols 22.1Terms 22.2Symbols 33Foundamentalstipulations 74Materialsperformanceanddesignindices 85Calculationofbearingcapacityofthemembers 5.1Generalstipulations 5.2Calculationofbearingcapacity 5.3Restoringforcemodelforcompression-bendinghysteresismembers 6Jointsandconnections 207Construction 267.1Generalstipulations 267.2Fabricationandconstructionofsteelmembers 267.3Constructionofconcrete 277.4Carbonfiberclothpastingconstruction 288Inspectionsandacceptance 298.1Inspections 298.2Acceptance 29Explanationofwordinginthisspecification 37Codescitedinthisspecification 38Explanationoftheclauseisattached 391.0.1为满足建筑工程的需要，使碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱的设计、施工和验收做到安全适用、技术先进、经济合理以及确保质量，特制定本规程。1.0.2本规程适用于本省工业与民用建筑及构筑物的碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱的设计、施工和验收以及用碳纤维增强聚合物修复/加固受损或既有钢管混凝土而形成的结构。本规程限用于圆形和方形截面碳纤维增强聚合物-钢复合管内浇筑素混凝土的碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱。1.0.3除了本规程外，碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱的设计尚应遵守现行国家标准的有关规定。1.0.4特殊环境下的碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱的设计与施工，尚应符合国家行业及辽宁省有关标准的规定。1.0.5碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱不仅进一步提升了钢管混凝土柱的各项指标，而且由于CFRP本身重量轻、耐腐蚀以及安装简易等特点，在整个运输、施工过程中几乎没有产生额外的劳动力。2.1.1碳纤维增强聚合物-钢管混凝土concrete-filledCFRP-steeltube碳纤维增强聚合物钢管混凝土简称CFRP-钢管混凝土，是指在CFRP-钢复合管内浇筑混凝土而形成的构件，也指用CFRP修复/加固受损或既有钢管混凝土而形成的构件。2.1.2CFRP-钢管混凝土柱concrete-filledCFRP-steeltubularcolumns在钢管混凝土柱表面粘贴CFRP形成的构件。2.1.3组合轴心抗压强度compositeaxialcompressivestrengthCFRP-钢管混凝土组合截面所能承受的最大名义压应力。2.1.4组合轴压弹性模量compositeaxialcompressivemodulusofelasticityCFRP-钢管混凝土组合截面在单向受压，且其纵向名义应力与应变近似呈线性关系时，截面上名义正应力与对应的正应变的比值。2.1.5组合弹性抗弯刚度compositebendingstiffnessofelasticityCFRP-钢管混凝土构件的曲率与截面弯矩近似呈线性关系时，截面弯矩与曲率的比值。2.1.6钢管约束系数confinementfactorofsteeltube反映CFRP-钢管混凝土中钢管对混凝土的约束作用，其标准值数值大小等于钢管截面面积和钢材屈服强度的乘积与混凝土截面面积和混凝土轴心抗压强度标准值的乘积之比，其设计值数值大小等于钢管截面面积和钢材强度设计值的乘积与混凝土截面面积和混凝土抗压强度设计值的乘积之比。2.1.7横向CFRP约束系数confinementfactoroftransverseCFRP反映CFRP-钢管混凝土中横向CFRP为钢管混凝土提供的横向约束作用，其标准值数值大小等于横向CFRP截面面积和横向CFRP抗拉强度的乘积与混凝土截面面积和混凝土轴心抗压强度标准值的乘积之比，其设计值数值大小等于横向CFRP截面面积和横向CFRP抗拉强度的乘积与混凝土截面面积和混凝土抗压强度设计值的乘积之比。2.1.8纵向CFRP增强系数strengtheningfactoroflongitudinalCFRP反映CFRP-钢管混凝土中纵向CFRP为钢管混凝土提供的纵向增强作用，其标准值数值大小等于纵向CFRP截面面积和纵向CFRP抗拉强度的乘积与钢管截面面积和钢材屈服强度的乘积之比，其设计值数值大小等于纵向CFRP截面面积和纵向CFRP抗拉强度的乘积与钢管截面面积和钢材强度设计值的乘积之比。2.1.9总约束系数globalconfinementfactor反映CFRP-钢管混凝土中横向CFRP和钢管对混凝土的总约束作用，其标准值数值大小等于钢管约束系数与横向CFRP约束系数之和，其设计值大小等于钢管约束系数设计值与横向CFRP约束系数设计值之和。2.1.10约束系数比confinementfactorratio反映CFRP-钢管混凝土中横向CFRP与钢管的匹配关系，其数值大小等于横向CFRP约束系数与钢管约束系数的比值。2.1.11加强环板stiffenerringplate为构造CFRP-钢管混凝土刚性节点而设置的环向节点板。2.2.1作用和作用效应（设计值）M——弯矩；N——轴力；T——扭矩；V——剪力。2.2.2计算指标Ec——Ecf——Es——Ecfsc——混凝土的弹性模量；碳纤维布的弹性模量；钢材的弹性模量；CFRP-钢管混凝土组合轴压弹性模量；EcfscAcfsc——CFRP-钢管混凝土轴压短柱的纵向刚度；f——钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；fc——混凝土的轴心抗压强度设计值；fc'——混凝土圆柱体抗压强度；fcfl——纵向CFRP的抗拉强度；fcft——横向CFRP的抗拉强度；fcfsc——CFRP-钢管混凝土的轴心抗压强度设计值；fcfscp——CFRP-钢管混凝土的轴压短柱的名义比例极限；fcfscy——CFRP-钢管混凝土的轴心抗压强度；fck——混凝土的轴心抗压强度标准值；fcu——混凝土立方体抗压强度；ft——混凝土的抗拉强度设计值；ftk——混凝土的轴心抗拉强度标准值；fv——钢材的抗剪强度设计值；fy——钢材的屈服强度；f1——加强环板钢材抗拉强度设计值；Ka——CFRP-钢管混凝土压-弯构件恢复力模型弹性阶段的刚度；Ke——CFRP-钢管混凝土组合弹性抗弯刚度；KT——CFRP-钢管混凝土压-弯构件恢复力模型的第三阶段的刚度；M0——CFRP-钢管混凝土的抗弯承载力设计值（仅有横向CFRPMbc——CFRP-钢管混凝土压-弯构件的抗弯承载力设计值；Mc——柱中心线处的梁支座弯矩设计值；Mu——CFRP-钢管混凝土的抗弯承载力设计值(兼有横、纵CFRP)；My——CFRP-钢管混凝土在侧向滞回力作用下的抗弯承载力；Nb——梁轴向力对一个环板产生的拉力；Nbc——CFRP-钢管混凝土压-弯构件的抗压承载力设计值；NE——欧拉临界力；Nu——CFRP-钢管混凝土的轴心抗压承载力设计值；Nu,cr——CFRP-钢管混凝土的稳定承载力设计值；Nx,max——x方向由最不利效应组合产生的最大拉力；Ny——y方向与Nx,max同时作用的拉力；Py——压-弯构件在侧向滞回力作用下的恢复力模型曲线峰值荷载；Tu——CFRP-钢管混凝土的抗扭承载力设计值；Vmax——梁端腹板承受的最大剪力；Vu——CFRP-钢管混凝土的抗剪承载力设计值；Wcfscm——CFRP-钢管混凝土的抗弯模量；Wcfsct——CFRP-钢管混凝土的抗扭模量；vc——混凝土的泊松比；vs——钢材的泊松比；εcfscp——对应于fcfscp的应变；εcflr——纵向CFRP的断裂应变；εcftr——横向CFRP的断裂应变；εmax——对应于Mu的最外纤维拉应变；εsl——钢管的纵向应变；λ——构件的长细比；λ0——CFRP-钢管混凝土弹塑性失稳的界限长细比；λp——CFRP-钢管混凝土弹性失稳的界限长细比；τ——梁柱节点的钢梁腹板的管壁剪应力；τcfsc——CFRP-钢管混凝土抗扭强度设计值；τcfscy——CFRP-钢管混凝土抗扭强度；σcfsc——CFRP-钢管混凝土轴压短柱的名义压应力；θ——转角。2.2.3几何参数Ac——混凝土的截面面积；Acfl——纵向CFRP的截面面积；Acft——横向CFRP的截面面积；Acfsc——CFRP-钢管混凝土的截面面积；As——钢管的截面面积；Bs——方钢管的外边长；b——加强环板控制截面宽度；be——柱肢管壁参加加强环工作的有效宽度；bj——角焊缝包入的宽度；bs——连接钢梁的环板宽度；Ds——圆钢管的外径；h——梁端截面高度；hf——角焊缝的焊脚尺寸；hj——腹板高度；Ic——混凝土的截面惯性矩；Icfl——纵向CFRP的截面惯性矩；Is——钢管的截面惯性矩；L——构件的计算长度；ml——纵向CFRP的层数；rc——混凝土半径；t——柱肢管壁厚度；tcf——单层碳纤维布的厚度；ts——钢管的壁厚；tw——腹板厚度；t1——加强环板厚度。2.2.4计算系数及其它n——轴压比；α——含钢率；α1——拉力N作用方向与计算截面的夹角；β——加强环同时受垂直双向拉力的比值；Δ——压-弯构件在侧向滞回力作用下的恢复力模型曲线峰值荷载对应的位移；φ——CFRP-钢管混凝土的稳定系数；Y——CFRP-钢管混凝土抗弯承载力计算系数(仅有横向CFRP)；Ym——CFRP-钢管混凝土抗弯承载力计算系数(兼有横、纵CFRP)；v——构件截面抗剪承载力计算系数；η——纵向CFRP增强系数；η0——纵向CFRP增强系数设计值；ξ——总约束效应系数；ξ0——总约束效应系数设计值；ξcf——横向CFRP约束效应系数；ξcf0——横向CFRP约束效应系数设计值；ξs——钢管约束效应系数；ξs0——钢管约束效应系数设计值；ξ'——约束系数比。73.0.1CFRP-钢管混凝土柱设计必须贯彻执行国家技术经济政策，充分考虑工程情况、材料供应、构件运输、安装和施工的具体条件，合理选用结构方案，做到安全、经济和适用。3.0.2钢管的外直径或最大外边长与壁厚之比不得大于无混凝土时由现行国家标准《钢结构设计标准》GB50017钢管局部稳定控制的相应限值的1.5倍。1圆CFRP-钢管混凝土柱截面直径不宜小于168mm，钢管壁厚不应小于3mm。2方CFRP-钢管混凝土柱边长尺寸不宜小于168mm，钢管壁厚不应小于3mm。3.0.3CFRP-钢管混凝土宜用作轴心受压或小偏心受压的柱。3.0.4CFRP-钢管混凝土柱应按制作、运输及安装的荷载设计值进行施工阶段的验算，其自身吊装的验算，应将构件自重乘以动力系数1.5。3.0.5CFRP-钢管混凝土柱在各类建筑结构的设计使用年限并不一致，应按《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50068的规定取用，相应的荷载设计值及耐久性措施均应依据设计使用年限确定。84.0.1钢管用钢材宜采用Q235、Q355、Q390、Q420、Q460和Q345GJ钢，其性能与质量要求应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700、《低合金高强度结构钢》GB/T1591、《合金结构钢》GB/T3077和《结构加固修复用碳纤维布》JG/T167的规定和要求。当采用其它种类的钢材时，尚应符合相应有关标准的规定和要求。用于加工钢管的钢板板材尚应具有冷弯试验的合格保证。钢材的选用应符合现行标准《钢结构设计标准》GB50017的有关规定。4.0.2钢管宜采用直缝焊接管。4.0.3钢材的强度设计值f和弹性模量Es应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB50017执行。4.0.4混凝土宜采用高强高性能混凝土，水灰比不宜大于0.40。4.0.5混凝土的强度等级不应低于C30，可参照下列材料强度指标进行组合：Q235钢配C30或C40混凝土；Q355钢配C40、C50或C60混凝土；Q390、Q420和Q460钢配C50、C60或C60以上强度等级的混凝土。混凝土的强度和弹性模量按表4.0.5-1和表4.0.5-2确定（表内中间值可用插值法求得）。混凝土强度等级C30C40C50C60C70C80C90C95C100f20.126.832.438.544.550.255.958.761.5f2.012.392.642.852.953.29f14.331.835.939.941.943.9f1.431.711.892.092.322.35混凝土强度等级C30C40C50C60C70C80C90C95C100E30.032.534.536.037.038.039.039.540.04.0.6采用单向碳纤维布，其安全性及适配性检验指标应符合表4.0.6-1的规定。碳纤维布的抗拉强度、受拉弹性模量和伸长率，应采用《定向纤维增强塑料拉伸性能试验方法》GB/T3354进行测定；碳纤维布单位面积质量，应采用《增强制品试验方法第3部分：单位面积质量的测定》GB/T9914.3进行测定。检验项目合格指标单向织物（布）高强Ⅱ级高强Ⅲ级抗拉强度（MPa）标准值≥3400≥3000——平均值————≥3000受拉弹性模量（MPa）≥2.3×10≥2.0×10≥2.0×10伸缩率（%）9弯曲强度（MPa）≥700≥600≥500层间剪切强度（MPa）≥45≥35≥30纤维复合材与基材正拉粘结强度（MPa）≥3.5，且不得为粘附破坏单位面积质量（g/m）人工粘贴≤300真空灌注≤4504.0.7胶粘剂采用改性环氧树脂胶，其安全性检验指标必须符合表4.0.7-1的规定，使用前须做适配性检验。检验项目检验条件检验合格指标胶Ⅲ类胶A级B级钢对钢拉伸抗拉强度（MPa）标准值试件粘合后养护7d，到期立即在23±2）℃,（50±5）%RH条件下测试平均值————————————钢对钢对接接头抗拉强度（MPa）试件粘合后养护7d，到期立即在23±2）℃,（50±5）%RH条件下测试≥45≥40≥45≥38钢对钢T冲击剥离长度（mm）≤20≤6钢对钢不均匀扯离强度（kN/m）≥30≥25≥35热变形温度(℃)使用0.45MPa的弯曲应力进行测试≥654.0.8CFRP-钢管混凝土组合轴心抗压强度设计值fcfsc应按下式计算：fcfsc=[1.14+1.02(ξs0+3ξcf0)]fc（4.0.8-1）（4.0.8-2）（4.0.8-3）fcft=Ecfεcftr（4.0.8-4）式中：fcfsc——CFRP-钢管混凝土组合轴心抗压强度设计值；ξs0——钢管约束效应系数设计值；ξcf0——横向CFRP约束效应系数设计值；fc——混凝土的轴心抗压强度设计值；f——钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值；fcft——横向CFRP的抗拉强度；As——钢管的截面面积；Ac——混凝土的截面面积；Acft——横向CFRP的截面面积；Ecf——碳纤维布的弹性模量；εcftr——横向CFRP的断裂应变。2方构件fcfsc=(1.18+0.85ξ0)fcξ0=ξs0+ξcf0式中：ξ0——总约束效应系数设计值。4.0.9CFRP-钢管混凝土抗扭强度设计值τcfsc应按下式计算：τcfsc=e-1.5ξcf0(0.6+0.1η0+0.313α2.33ξ00.134+1.2ξ'fcfscfcfl=Ecfεcflr式中：τcfsc——CFRP-钢管混凝土抗扭强度设计值；η0——纵向CFRP增强系数设计值；α——含钢率；ξ'——约束系数比；ξs——钢管约束效应系数；ξcf——横向CFRP约束效应系数；Acfl——纵向CFRP的截面面积；fcfl——纵向CFRP的抗拉强度；fck——混凝土的轴心抗压强度标准值；fy——钢材的屈服强度；εcflr——纵向CFRP的断裂应变。2方构件τcfsc=(0.805+0.1η0+0.313α2.33)(ξs0+0.1ξcf0)0.25fcfsc（4.0.9-8）4.0.10CFRP-钢管混凝土轴压短柱的纵向刚度EcfscAcfsc应按下式计算：EA=EcfscAcfsc（4.0.10-1）Ecfsc=（4.0.10-2）比例极限：fcfscp=fcfscy（圆构件4.0.10-3a）fcfscp=fcfscy（方构件4.0.10-3b）比例极限应变：εcfscp=3.25×10-6fy（圆构件4.0.10-4a）εcfscp=3.01×10-6fy（方构件4.0.10-4b）CFRP-钢管混凝土的轴心抗压强度：fcfscy=[1.14+1.02(ξs+3ξcf)]fck（圆构件4.0.10-5a）fcfscy=(1.18+0.85ξ)fck（方构件4.0.10-5b）ξ=ξs+ξcf（4.0.10-6）式中：EcfscAcfsc——CFRP-钢管混凝土轴压短柱的纵向刚度；Ecfsc——CFRP-钢管混凝土组合轴压弹性模量；Acfsc——CFRP-钢管混凝土的截面面积；fcfscp——CFRP-钢管混凝土的轴压短柱的名义比例极限；εcfscp——对应于fcfscp的应变；fcu——混凝土立方体抗压强度；fcfscy——CFRP-钢管混凝土的轴心抗压强度；ξ——总约束效应系数。4.0.11CFRP-钢管混凝土组合弹性抗弯刚度Ke应按下式计算：Ke=EsIs+0.6EcIc+EcfIcfl（圆构件4.0.11-1a）Ke=EsIs+0.2EcIc+5EcfIcfl（方构件4.0.11-1b）圆构件4.0.11-2a）方构件4.0.11-2b）圆构件4.0.11-3a）方构件4.0.11-3b）Icfl=圆构件4.0.11-4a）Icfl=方构件4.0.11-4b）式中：Ke——CFRP-钢管混凝土组合弹性抗弯刚度；Es——钢材的弹性模量；Ec——混凝土的弹性模量；Is——钢管的截面惯性矩；Ic——混凝土的截面惯性矩；Icfl——纵向CFRP的截面惯性矩；Ds——圆钢管的外径；Bs——方钢管的外边长；ts——钢管的壁厚；tcf——单层碳纤维布的厚度；ml——纵向CFRP的层数。5.1.1本章适用于轴压、受弯、纯扭、纯剪和压-弯的静力荷载，以及压-弯滞回作用下的CFRP-钢管混凝土柱的设计和计算。5.1.2钢管混凝土长柱和短柱一般用长径比来划分，长径比是指钢管混凝土工作部分的长度与外直径的比值，长径比在2.5~3.5之间为短柱，大于3.5为长柱。5.2.1CFRP-钢管混凝土轴压短柱的承载力设计值应按下式验算：N≤Nu（5.2.1-1）Nu=Acfscfcfsc（5.2.1-2）式中：N——CFRP-钢管混凝土的轴压力设计值；Nu——CFRP-钢管混凝土的轴心抗压承载力设计值。5.2.2CFRP-钢管混凝土轴压长柱构件的稳定性计算应满足下列要求：N≤Nu,cr（5.2.2-1）Nu,cr=φNu（5.2.2-2）式中：Nu,cr——CFRP-钢管混凝土的稳定承载力设计值；φ——CFRP-钢管混凝土的稳定系数。φ值可按下式计算：λ值可按下式计算：圆构件5.2.2-4a）方构件5.2.2-4b）a，b，c，d和e均为系数：（5.2.2-5）b=e2aλp（5.2.2-6）c=1a（5.2.2-7）（5.2.2-8）13000+4657ln0.050.9（圆构件5.2.2-9a）13500+4810ln0.050.5（方构件5.2.2-9b）（5.2.2-10）λp和λ0可按下式计算：=兀0.5（圆构件5.2.2-11a）式中：λ——构件的长细比；λp——CFRP-钢管混凝土弹性失稳的界限长细比；λ0——CFRP-钢管混凝土弹塑性失稳的界限长细比；L——构件的计算长度；η——纵向CFRP增强系数。5.2.3受弯构件承载力按下列要求计算：1当CFRP-钢管混凝土构件仅有横向CFRP时，其受弯承载力设计值应满足下列要求：M≤M0（5.2.3-1）M0=YWcfscmfcfsc（5.2.3-2）Y=0.93+0.532ln(ξ+0.306)（圆构件5.2.3-3a）Y=1.05+0.524ln(ξ+0.32)（方构件5.2.3-3b）Wcfscm=圆构件5.2.3-4a）3Wcfscm=方构件5.2.3-4b）3式中：M——所计算构件段范围内的最大弯矩设计值；M0——CFRP-钢管混凝土的抗弯承载力设计值（仅有横向CFRPY——CFRP-钢管混凝土抗弯承载力计算系数(仅有横向CFRP)；Wcfscm——CFRP-钢管混凝土的抗弯模量。2当CFRP-钢管混凝土构件兼有横、纵向CFRP时，其受弯承载力设计值应满足下列要求：M≤Mu（5.2.3-5）Mu=YmWcfscmfcfsc（5.2.3-6）ym=y+(0.3+0.2ξη（圆构件5.2.3-7a）ym=y+(0.1+0.2ξ)η（方构件5.2.3-7b）式中：Mu——CFRP-钢管混凝土的抗弯承载力设计值(兼有横、纵CFRP)；ym——CFRP-钢管混凝土抗弯承载力计算系数(兼有横、纵CFRP)。5.2.4CFRP-钢管混凝土纯扭构件的承载力设计值应按下式计算：T≤Tu（5.2.4-1）Tu=τcfscWcfsct（5.2.4-2）Wcfsct=圆构件5.2.4-3）Wcfsct=方构件5.2.4-4）式中：T——所计算构件段范围内的最大扭矩设计值；Tu——CFRP-钢管混凝土的抗扭承载力设计值；Wcfsct——CFRP-钢管混凝土的抗扭模量。5.2.5CFRP-钢管混凝土纯剪构件的承载力应按下式计算：V≤Vu（5.2.5-1）Vu=yvAcfscτcfsc（5.2.5-2）yv=1.0627-0.4191ln(ξ（5.2.5-3）yv=0.6305-0.2679ln(ξ（5.2.5-4）式中：V——所计算构件段范围内的最大剪力设计值；Vu——CFRP-钢管混凝土的抗剪承载力设计值；yv——构件截面抗剪承载力计算系数。5.2.6CFRP-钢管混凝土压-弯构件的承载力设计值应按下式计算：1强度承载力+=1(≥2y0)（5.2.6-1）<2y0（5.2.6-2）a，b，c均为系数：a=1-2y0（5.2.6-3）（5.2.6-4）（5.2.6-5）x0，y0分别为平衡点的横、纵坐标值：x0=0.18ξ-1.15+1；y0=EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(0),0).EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(5),1).EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(2),1)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(45ξ),4ξ)-0.84EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(0),0)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(4),4)x0=0.14ξ-1+1；y0=（方构件）式中：Nbc——CFRP-钢管混凝土压-弯构件的抗压承载力设计值；Mbc——CFRP-钢管混凝土压-弯构件的抗弯承载力设计值。2稳定性计算+=1(≥2φ3y0)-b()2-c+=1(<2φ3y0)a，b，c和d均为系数：a=1-2φ2y0d=1-0.4圆构件）d=1-0.25方构件）式中：NE——欧拉临界力。（5.2.6-6a）（5.2.6-6b）（5.2.6-7）（5.2.6-8）（5.2.6-9）（5.2.6-10）（5.2.6-11）（5.2.6-12a）（5.2.6-12b）5.3.1CFRP-钢管混凝土采用图5.3.1-1所示的恢复力模型。其侧向荷载取恢复力模型曲线峰值荷载Py的0.6倍，OA段的刚度为Ka；B点为恢复力模型曲线峰值点，其侧向荷载为Py，对应的位移为Δp；此后，沿BC段加载，其刚度为KT。P/P/KTiDI'-LBKTiDI'-LBA44KaIO4′wB′4′wB′/`-/`-ΔpΔ255.3.2CFRP-钢管混凝土压-弯构件弹性阶段的刚度Ka按下式计算：（5.3.2-1）L1=（5.3.2-2）式中：Ka——CFRP-钢管混凝土压-弯构件恢复力模型弹性阶段的刚度。5.3.3CFRP-钢管混凝土压-弯构件在侧向滞回力作用下的恢复力模型曲线峰值荷载对应的位移Δp按下式计算：Δf1n=EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up4(1),1)..EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up4(336),126)-nEQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up8(2),0)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up4(0),n)44n+0.804EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(0),0).EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(≤),n).EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(5),1)3r，s均为系数：r=（5.3.3-3）（5.3.3-4）式中：Δp——压-弯构件在侧向滞回力作用下的恢复力模型曲线峰值荷载对应的位移；n——轴压比；Py——压-弯构件在侧向滞回力作用下的恢复力模型曲线峰值荷载。2方构件：（5.3.3-5）f1(ξcf,η,n)=(1-0.1ξcf)(0.85-0.08η)(0.703-0.4n)（5.3.3-6）5.3.4CFRP-钢管混凝土压-弯构件在侧向滞回力作用下的恢复力模型曲线峰值荷载Py按下式计算：a为系数：EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(6),1)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(0),4)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up7(002),03)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up7(ξ),4ξ)1cf,η,=1.34-2.371-3ξcf(n-0.35)-0.01η1+n(ξcf>0.1)fξn1cf,η,=1.34-2.371-3ξcf(n-0.35)-0.01η1+n(ξcf>0.1)式中：My——CFRP-钢管混凝土在侧向滞回力作用下的抗弯承载力。2方构件：(2.5n2-0.75n+1)f2(2.5n2-0.75n+1)f2(ξcf,η,n)(0≤n≤0.4)(0.63n+0.848)f2(ξcf,η,n)(0.4<n<1)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(1),1)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(2),2)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(3),3)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(0),0)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(0),0)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(1),1)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up4(f),f)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(1),1)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(35),35)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(0),0)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(1),2)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(1),1)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up6(η),η)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(1),1)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(0),1)EQ\*jc3\*hps14\o\al(\s\up10(1),0)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(0),0)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(4),1))5.3.5CFRP-钢管混凝土压-弯构件在侧向滞回力作用下的抗弯承载力My按下式计算：f2ξcf,η,n=1-1.5ξcfn-0.1η0.1(1+n)A1，B1，p，q和b均为系数：0.118b-0.255(b>1)A1=t-0.1370.118b-0.255(b>1)1.306-0.1b(b>1)0.566-0.789bb≤1B1=1.306-0.1b(b>1)0.566-0.789bb≤1p=-0.11b-0.113(b>1)1.195-0.34bb≤1q=1.195-0.34bb≤1b=2方构件：My=f3(ξcf,η,n)Mbcf3(ξcf,η,n)=(0.8-0.15η)(1-0.2ξcf)(1.1+0.1n)5.3.6CFRP-钢管混凝土压-弯构件恢复力模型的第三阶段的刚度KT按下式计算：（5.3.4-1）（5.3.4-2）（5.3.4-3）（5.3.4-4）（5.3.4-5）（5.3.5-1）（5.3.5-2）（5.3.5-3）（5.3.5-4）（5.3.5-5）（5.3.5-6）（5.3.5-7）（5.3.5-8）（5.3.5-9）（5.3.6-1）EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up5(n),7)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up5(0),n)fr,α=8EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up6(α),15)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(5),1)-ξ0cf021EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up6(η),f)8-.EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(6),2)ηr+-EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(6),1)EQ\*jc3\*hps21\o\al(\s\up6(α),3)0.6.1-αEQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(r),r)EQ\*jc3\*hps20\o\al(\s\up6(1),1)（5.3.6-3）式中：KT——CFRP-钢管混凝土压-弯构件恢复力模型的第三阶段的刚度。r，c为系数：（5.3.6-4）（5.3.6-5）2方构件：（5.3.6-6）6.0.1CFRP-钢管混凝土柱节点和连接的设计，应满足强度、刚度、稳定性和抗震的要求，保证力的传递，使CFRP、钢管和管中的混凝土能够共同工作。6.0.2等直径钢管对接时宜采用螺纹连接的形式以避免钢管焊接时对CFRP产生影响。同时关于螺纹卡死后出现梁端无法对正的问题，本规程通过提出两种钢梁节点来解决，分别为内衬筒外环板钢梁节点与外套管外环板钢梁节点。6.0.3框架结构的梁柱刚性节点，宜采用加强环节点形式。1当横梁为双轴对称工字形钢梁时，节点构造见图6.0.3-1~6.0.3-4。节点计算可按国家标准《钢结构设计标准》GB50017进行。3134351865187972651—节点间钢管；2—节点区钢管；3—碳纤维布；4—人工7—加强环腹板；8—钢梁翼缘；9—钢梁腹板；10—高强螺栓；11—盖板；12121246386359759943421—钢管；2—碳纤维布；3—外套管；4—钢7—钢梁腹板；8—高强螺栓；9—盖板；1015825817768776436394931—节点间钢管；2—节点区钢管；3—碳纤维布；4—法兰盘；5—钢箍；6—加劲肋；7—盖板；8—钢环板；9—加强环腹板；10—钢梁翼缘；11—钢梁腹板；12—高强螺栓；13—混凝土。1351568629594674634321—钢管；2—碳纤维布；3—螺栓盖板；4—高强螺栓；5—盖板；6—钢环板；7—加强环腹板；8—钢梁翼缘；9—钢梁腹板；10—混凝土。2当横梁为现浇钢筋混凝土梁时，节点构造见图6.0.3-5~6.0.3-8。抗剪环应能较为均匀的分散传递剪力，钢筋混凝土环梁应能传递弯矩。31165163735885872749491—节点间钢管；2—节点区钢管；3—碳纤维布；4—人工补贴碳纤维布；5—内衬筒；6—抗剪环；7—钢筋混凝土环梁；8—钢筋混凝土梁；9—混凝土。1134254256663575721—钢管；2—碳纤维布；3—外套管；4—抗剪环；5—钢筋混凝土环梁；6—钢筋混凝土梁；7—混凝土。1891935245267477435368621—钢管；2—碳纤维布；3—法兰盘；4—加劲肋；5—高强螺栓；6—钢筋混凝土环梁；7—钢筋混凝土梁；8—混凝土；9—人工补贴碳纤维布。1713442445666373521—钢管；2—碳纤维布；3—螺栓盖板；4—高强螺栓；5—钢筋混凝土环梁；6—钢筋混凝土梁；7—混凝土。6.0.4圆CFRP-钢管混凝土柱刚性节点加强环板的平面类型应包括以下四种，见图6.0.4-1。NNNα1α1α1r≥10mmr≥10mmNbDNbDNNNα1=45°α1α1=45°≤30°NNNNNNr≥10mmNNbbDD加强环板在梁方向受拉力N作用时，N按下式计算：（6.0.4-1）M=Mc-,且M≥0.7Mc式中：M——梁端弯矩设计值；h——梁端截面高度；N——加强环板在梁方向所受拉力；Nb——梁轴向力对一个环板产生的拉力；Mc——柱中心线处的梁支座弯矩设计值；V——对应于Mc柱轴线处梁端剪力。1加强环板宽度bs和厚度t1的计算1）连接钢梁的环板宽度bs宜与梁翼缘等宽。2）连接钢梁的环板厚度t1，按梁翼缘板的轴心拉力确定。2加强环板控制截面宽度b计算1）I型和II型加强环板，按下式计算：b≥F1（6.0.4-3）（6.0.4-4）（6.0.4-5）0.63+0.88（6.0.4-6）式中：α1——拉力N作用方向与计算截面的夹角；b——加强环板控制截面宽度；be——柱肢管壁参加加强环工作的有效宽度（见图6.0.4-2bs——连接钢梁的环板宽度；t——柱肢管壁厚度；t1——加强环板厚度；f1——加强环板钢材抗拉强度设计值。122）III型和IV型加强环板，按下式计算：（6.0.4-7）（6.0.4-8）式中：β——加强环同时受垂直双向拉力的比值，当加强环单向受拉时，β=0；Nx,max——x方向由最不利效应组合产生的最大拉力；Ny——y方向与Nx,max同时作用的拉力。3加强环板的构造要求如下：1）0.25≤bs/Ds≤0.75；2）圆CFRP-钢管混凝土：0.1≤b/Ds≤0.35，b/t1≤10。6.0.5梁柱节点的钢梁腹板的管壁剪应力（见图6.0.5-1）应按下式进行验算。圆构件6.0.5-2a）方构件6.0.5-2b）bj=tw+2hf（6.0.5-3）式中：τ——梁柱节点的钢梁腹板的管壁剪应力；Vmax——梁端腹板承受的最大剪力；fv——钢材的抗剪强度设计值；bj——角焊缝包入的宽度；hf——角焊缝的焊脚尺寸；hj——腹板高度；rc——混凝土半径；tw——腹板厚度。bVtr6.0.6位于地震区的框架节点设计，应符合下列要求：1采用III~IV型钢梁加强环节点或带内隔板节点。2采用混凝土梁节点时，梁端设计应符合现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011和《混凝土结构设计规范》GB50010的有关要求。3加强环板按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011对钢结构的有关规定进行抗震验算。4节点应符合下列规定：加强环板的加工应保证外形曲线光滑，无裂纹、刻痕。7.1.1钢管制作和安装的施工单位应具有相应的资质，施工单位应根据批准的施工图设计文件编制施工详图。当需要修改时，应按有关规定办理设计变更手续。7.1.2钢管在制作前，应根据施工图设计文件和施工详图的要求编制制作工艺。制作工艺至少应包括：制作所依据的标准，施工操作要点，成品质量保证措施等。7.1.3钢管的施工单位应根据设计要求对构造复杂的钢管柱进行工艺试验评定，并根据试验评定制定相应的施工工艺或方案。7.1.4对于现浇CFRP-钢管混凝土柱，钢管内混凝土浇筑应在钢管安装并经有关单位验收合格后进行。7.1.5粘贴纤维材料的施工环境，应符合下列要求：1施工环境温度应符合结构胶粘剂产品使用说明书的规定。若未作规定，应按不低于15℃进行控制。2作业场地应无粉尘，且不受日晒、雨淋和化学介质污染。7.1.6防护面层的构造和施工应符合设计规定。对各种不同面层的施工过程控制应符合国家现行有关标准的规定。7.2.1钢管应根据施工详图进行放样。放样与号料应预留焊接收缩量和切割、端铣等加工余量。对于高层框架柱尚应预留弹性压缩量，弹性压缩量可由制作单位通过计算并据已有工程经验确定。7.2.2直缝焊接的圆形钢管和采用板材焊接的方形钢管，其焊缝宜采用坡口熔透焊缝。焊接管焊缝的坡口形式和尺寸，应符合现行国家标准《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》GB/T985和《埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸》GB/T986的规定。7.2.3需边缘加工的零件，宜采用精密切割；焊接坡口加工宜采用自动切割、半自动切割、坡口机、刨边机等方法进行，并应用样板控制坡口角度和尺寸。7.2.4钢管组装前，各零、部件应经检查合格，组装的允许偏差应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的规定。7.2.5钢管的焊接（包括施工现场焊接）应严格按照所编工艺文件规定的焊接方法、工艺参数、施焊顺序进行，并应符合设计文件和现行国家行业标准《钢结构焊接规范》GB50661的规定。7.2.6钢管的除锈和涂装应在制作检验合格后进行。构件表面的除锈方法和除锈等级应符合设计规定，其质量要求应符合现行国家标准《涂覆涂料前钢材表面处理表面清洁度的目视评定第1部分：未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》GB/T8923.1的规定。7.2.7钢管制作完成后，应按照施工图和现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的规定进行验收。7.2.8钢管制作完毕后应仔细清除钢管内的杂物，钢管内表面必须保持干净，不得有油渍等污物，应采取适当措施保持管内清洁。7.2.9制作完毕后的钢管，应采取适当保护措施，防止钢管内表面严重锈蚀。7.2.10钢管在吊装时应控制吊装荷载作用下的变形，吊点的设置应根据钢管本身的承载力和稳定性经验算后确定。必要时，应采取临时加固措施。7.2.11吊装钢管时，应将其管口包封，防止异物落入管内。当采用预制CFRP-钢管混凝土柱时，应待管内混凝土强度达到设计值的50%以后，方可进行吊装。7.2.12钢管吊装就位后，应立即进行校正，采取可靠固定措施以保证其稳定性。7.2.13钢管采用现场焊接拼接时，应采取可靠的施焊工艺，尽可能减少焊接残余应力和残余变形。7.2.14钢管的吊装质量应符合现行国家标准《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205的规定。7.3.1钢管内混凝土的浇筑方式宜采用泵送顶升浇筑法，也可采用高位抛落免振捣法或手工逐段浇捣法，钢管底部应留清扫口。7.3.2泵送顶升浇筑法：在钢管柱适当的位置安装一个带有防回流装置的进料支管，直接与泵车的输送管相连，将混凝土连续不断地自下而上灌入钢管，无需振捣。钢管的尺寸宜大于或等于进料支管的2倍。对泵送顶升浇筑的柱下部入口处的管壁应进行强度验算。泵送混凝土前应用清水冲洗钢管内壁，浇筑前钢管内不得有积水。7.3.3高位抛落免振捣法：利用混凝土下落时产生的动能达到振实混凝土的目的，适用于管截面最小边长或管径大于350mm，高度不小于4m的情况。对于抛落高度低于4m的区段，应用内部振捣器振实，一次抛落的混凝土量宜在0.7m3左右，用料斗装填，料斗的下口尺寸应比钢管截面最小边长或管径小100mm~200mm，以便于管内空气的排出，应保证混凝土无泌水和离析现象。7.3.4手工逐段浇捣法：混凝土自钢管上口灌入，用振捣器捣实，管截面最小边长或管径大于350mm时，采用内部振捣器进行振捣，每次振捣时间不少于30秒，一次浇筑高度不宜大于1.5m。当管截面最小边长或管径小于350mm时，可采用附着在钢管外部的振捣器进行振捣，外部振捣的位置应随混凝土浇筑进展加以调整。手工逐段浇捣法一次浇筑的高度不应大于振捣器的有效工作范围和2m~3m柱长。7.3.5混凝土的配合比，除应满足强度指标外，尚应注意混凝土坍落度的选择。混凝土配合比应根据混凝土设计等级计算，并通过试验后确定。对于泵送顶升浇筑法，混凝土的配合比尚应满足可泵性要7.3.6钢管内混凝土浇筑工作，宜连续进行，混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过混凝土的初凝时间，同一施工段，钢管内混凝土应连续浇筑，需留置施工缝时，应将管口封闭，防止水、油和异物等落入，并按施工专项方案留置。7.3.7当混凝土浇筑到钢管顶端时，可以使混凝土稍微溢出后再将留有排气孔的层间横隔板或封顶板紧压在管端，随即进行点焊，待混凝土强度达到设计值的50%以后，再将横隔板或封顶板按设计要求进行补焊，也可将混凝土浇筑到稍低于管口的位置，待混凝土强度达到设计值的50%后再用相同不含粗骨料的混凝土添至管口，并按上述方法将横隔板或封顶板一次封焊到位。7.3.8CFRP-钢管混凝土柱内部混凝土浇筑质量在施工阶段一般可采用敲击钢管的方法来检查其密实度，终凝后对于重要部位应采用超声波进行检测。7.4.1浸渍、粘结专用的结构胶粘剂，其配制和使用应按产品使用说明书的规定进行；拌合应采用低速搅拌机充分搅拌；拌好的胶液色泽应均匀、无气泡；胶液注入盛胶容器后，应采取措施防止水、油、灰尘等杂质混入。7.4.2碳纤维布应按下列步骤和要求粘贴：1按设计尺寸裁剪碳纤维布，严禁折叠；若碳纤维布原件已有折痕，应将其有折痕的部分裁去；2将配制好的浸渍、粘结专用的结构胶涂在钢管的表面；3将裁剪好的碳纤维布按照放线位置敷在涂好结构胶粘剂的钢管表面。碳纤维布应充分展平，不得有褶皱；4沿纤维方向应使用特制滚筒在已贴好纤维的面上多次滚压，使胶液充分浸渍碳纤维布，并使碳纤维布的铺层均匀压实，无气泡发生；5多层粘贴碳纤维布时，应在碳纤维布表面所浸渍的胶液达到指干状态时立即粘贴下一层。若延误时间超过1h，则应等待12h后，方可重复上述步骤继续进行粘贴，但粘贴前应重新将碳纤维布粘合面上的灰尘擦拭干净；6最后一层碳纤维布粘贴完毕，尚应在其表面均匀涂刷一道浸渍、粘结专用的结构胶。7.4.3碳纤维布可采用特制剪刀剪断或优质美工刀切割成所需尺寸。裁剪的宽度不宜小于100mm。7.4.4碳纤维复合材胶粘完毕后应静置固化，并应按胶粘剂产品说明书规定的固化环境温度和固化时间进行养护。当达到7d时，应先采用D型邵氏硬度计