纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称为FRP)具有轻质高强、抗疲劳、耐腐蚀、施工方便等优势逐渐被应用到土木工程当中。FRP约束混凝土柱充分发挥了FRP的抗拉性能和混凝土的抗压性能,使混凝土处在三向受压的状态,可以有效地提高混凝土的强度和变形性能,近年来受到了国内外学者的广泛研究。但FRP的约束作用只有在混凝土产生很大侧向变形时才能发挥出来,存在一定的滞后性。而使用自应力混凝土,由于混凝土的膨胀受到FRP约束,可以在FRP和混凝土中建立预应力,有效缓解FRP应力滞后的问题,而且这种方法与张拉FRP产生预应力的方法相比施工方便,成本低廉。结合以上背景,在国家自然科学基金青年基金(51208077)的资助下,本文对FRP约束自应力混凝土柱轴压下的力学性能进行了试验和理论研究,主要研究工作如下:(1)FRP约束自应力混凝土柱轴压下力学性能试验研究试验共制做了18根FRP约束混凝土柱,包括9根FRP约束自应力混凝土柱和9根FRP约束普通混凝土柱。试验变量包括约束刚度(FRP的层数)和自应力水平(是否添加膨胀剂)。试验对组合柱进行了静态应变监测试验和轴压试验。试验结果表明,由于混凝土的膨胀可在混凝土中形成1.85-2.13MPa的预应力,预应力效果较明显。膨胀反应一方面向混凝土内部孔洞和界面间发展,使混凝土内部更加密实,提高了混凝土的抗压强度,另一方面使FRP受到张拉,进而在FRP和混凝土中产生预应力,提高了初始线性段范围,使拐点应力最大提高了17%,此外组合柱的极限应力也有一定的提高。(2)FRP-钢管-自应力自密实混凝土柱轴压下力学性能试验研究试验共制作了32根FRP约束自密实混凝土组合柱,包括8根FRP约束自密实混凝土柱(FCSCs),4根FRP约束钢管自密实混凝土柱(CCFTs)和20根FRP-自密实混凝土-钢双壁柱(DSTCs)。试验变量包括约束刚度(FRP层数),钢管尺寸,自应力水平(是否使用膨胀剂)和空实心(钢管内部是否填充混凝土)。试验结果表明,膨胀剂的使用,使三种组合柱都产生了一定的预应力,产生的预应力可以有效地提高FCSCs和CCFTs的截距,拐点和极限承载能力,对于空心DSTCs,膨胀剂对组合柱应力-应变表现没有产生明显的效果,但当钢管内部填充混凝土时,膨胀剂可以提高组合柱的极限承载能力和线性强化段的刚度。(3)FRP约束自应力混凝土柱应力-应变计算模型的研究通过拟合得出截距应力提高值与FRP膨胀应变的关系,用修正后的截距应力计算自应力混凝土抗压强度。根据修正后的自应力混凝土抗压强度,采用现有的FRP约束混凝土柱面向设计的应力-应变模型计算FRP约束自应力混凝土柱的极限应力和极限应变。此外,考虑自应力的影响,提出带有自应力因子的拐点应力计算方法。计算结果与试验值吻合较好,为FRP约束自应力混凝土柱的进一步研究和工程应用提供了参考。