碳纤维复合材料（CFRP）具有质量轻、刚度好、比强度高、比模量高、耐高温、抗疲劳性能好、可设计等特有的优越性能，用这种材料制成的构件或结构，其重量只有钢材的20%。近几年，由于缠绕成型的CFRP管在航空航天、海洋平台、水下结构、压力容器等应用，纤维缠绕成型的CFRP管及压力容器的设计和力学特性的研究成为国内外复合材料结构研究的热点，为土木结构中更进一步的应用做了很好的基础性研究。

　　目前，应用于土木工程中的CFRP材料主要有片材和棒材。片材主要用于结构加固，棒材既可用于结构加固，也可用于替代钢筋，用于混凝土结构。CFRP索在桥梁工程中也有所应用。但是，由CFRP管材构成结构还鲜有研究，本文通过实验对CFRP管强度特性进行了研究，为CFRP管材在土木工程中进一步应用奠定了基础。

　　试验试件所用材料为T700SC碳纤维（日本东丽公司）和环氧树脂，纤维按纵向和环向铺设，纵向纤维主要提供抗拉和抗压能力，环向纤维作为环向补强，并抵抗偶然横向剪力，铺层方式为[（0/90）4]5。采用缠绕成型方法加工了实验试件，单个试件长500mm，管的名义厚度l.6mm。受压管的两端加强区为100mm，试验段长300mm，管的内直径为150mm。受拉管两端加强区为150mm，试验段长200mm，管的内直径为50mm。管的端部均进行机械加工，使其水平，减少偏心。

　　试验采用伺服试验机上进行，压缩实验试验结果显示，这种材料制备的CFRP管具有很好抗压强度，平均强度在230MPa，应变达到5.2x10^-3。在实验中，加载到破坏荷载的80%前，几乎没有肉眼可见的变化，当达到破坏荷载的80%时，发出劈劈啪啪的响声，这时树脂开始开裂。破坏发生的很突然，能听得剧烈的崩断声，属于脆性破坏，通过观察断面，树脂开裂，发现环向纤维拉断，纵向纤维折断。这表明CFRP管受压时，荷载主要由基体承受，其强度取决于基体的强度。实验过程中没有发现管壁屈曲，属于强度破坏。

　　通过测试拉伸试验，与压缩实验的应力-应变曲线相比，有很大的不同。通过分析应变数据，可知当加载后试件变形应变达到0.005时，发出劈劈啪啪的响声，这时树脂开始有微裂纹，但肉眼观察不到，当应变达到0.015左右时，在拉断面上树脂大范围开裂，断裂的树脂退出工作，荷载主要由纤维承受，荷载继续增加，但试件的变形增加得更快，刚度退化非常明显。直至纤维拉断，试件破坏。破坏时，CFRP管的抗拉强度到800MPa以上，应变达到0.03，这说明CFRP管具有很好的抗拉伸性能。

　　与钢材相比，CFRP管材具有轻质高强的特性。尤其是拉伸强度达到了800MPa以上。但是，CFRP材料属于脆性材料，受压破坏表现出明显的脆性断裂特性。CFRP管材应变大约0.015以内时，应力-应变曲线呈线性变化，随着数值的可见开裂退出工作，管材刚度退化严重，变形增加很快。

　　阅读延伸：《M40J高模量碳纤维管的力学性能研究》