中空夹层钢管混凝土组合结构研究进展

八边形中空夹层钢管混凝土力学性能研究综述【摘要】由于在实际工程中应用圆中空夹层钢管混凝土会在连接处消耗大量钢材，影响整个结构的经济效益，同时考虑到方中空夹层钢管混凝土在外截面的直角点存在着明显的应力集中现象，因此近10年内出现了一种新截面形式的钢——混凝土组合结构即八边形中空夹层钢管混凝土。

随着技术的不断发展，近3年又出现了以PVC-U为内管的八边形中空夹层钢管混凝土，本文通过对比研究，重点综述了内管为PVC-U管、外管为钢管的八边形中空夹层钢管混凝土的力学性能。

关键词八边形；中空夹层；钢管混凝土；力学性能；综述随着社会经济的快速发展和科学技术的不断进步，城市中出现了越来越多的新建筑，土木工程中的新结构也越来越多的应用于新建造的工业和民用建筑之中。

其中钢材和混凝土的组合结构，由于具有优秀的力学性能及良好的经济效益，在工业厂房和高层建筑中的应用也日益增多。

伴随着相关研究的逐渐深入，其性能也不断改善，从最初的实心钢管混凝土结构到圆中空和方中空夹层钢管混凝土结构再到八边形中空夹层钢管混凝土结构以及近几年出现的以PVC-U为内管的八边形中空夹层钢管混凝土结构［1］。

1.八边形中空夹层钢管混凝土的定义八边形中空夹层钢管混凝土是由圆中空夹层钢管混凝土和方中空夹层钢管混凝土发展而来的一种新截面形式的钢——混凝土组合结构。

UPVC内管的中空夹层钢管混凝土柱是基于空心、离心钢管混凝土柱基础上开发的一种新型组合构件，是指以钢管作为外管，以UPVC管材作为内管，两管圆心重叠放置，在两管之间浇灌混凝土而制成的构件。

截面形式如图1所示。

它具有弹塑性好、刚度大、自重轻等优点，此外内置UPVC管可兼做给排水管、落水管，还可打破空心和离心钢管混凝土柱应用领域的局限性。

2.八边形中空夹层钢管混凝土的特点八边形中空夹层钢管混凝土与圆中空夹层钢管混凝土和方中空夹层钢管混凝土相比，有其自身优势。

它比圆中空夹层钢管混凝土方便连接［2］，又不会像方中空夹层钢管混凝土那样产生明显的应力集中现象［3］。

中空夹层钢管混凝土的研究进展作者：陶忠， 韩林海作者单位：福州大学,土木建筑工程学院,福建,福州,350002刊名：哈尔滨工业大学学报英文刊名：JOURNAL OF HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGY年，卷(期)：2003,35(z1)被引用次数：4次1.钟善桐钢管混凝土结构 19942.韩林海钢管混凝土结构 20003.S Wei;S T MAU;C VIPULANANDAN;S K MANTRALA Performance of New Sandwich Tube under Axial Loading: Experiment 1995(12)4.X L ZHAO;R GRZEBIETA;M ELCHALAKANI Tests of Concrete - Filled Double Skin Circular Hollow Sections 20015.H Wright;T ODYEMI;H R EVANS The Experimental Behavior of Double Skin Composite Elements 19916.S Wei;S T MAU;C VIPULANANDAN;S K MANTRALA Performance of New Sandwich Tube under Axial Loading: Analysis 1995(12)7.X L ZHAO;R GRZEBIETA Strength and Ductility of Concrete Filled Double Skin ( SHS Inner and SHS Outer)tubes[外文期刊] 20028.陶忠;韩林海;黄宏方中空夹层钢管混凝土偏心受压柱力学性能的研究[期刊论文]-土木工程学报 2003(02)9.韩林海;陶忠;黄宏中空夹层钢管混凝土构件力学性能的研究 200210.YAGISHITA;H KITOH;M SUGIMOTO;T TANIHIRA, K SONODA Double Skin Composite Tubular Columns Subjected to Cyclic Horizontal Force and Constant Axial Force 200011.蔡克銓;林育詳;林敏郎中空雙鋼管混凝土柱與基礎結合之試驗行爲 20011.黄宏.张安哥.Huang Hong.Zhang Ange方中空夹层钢管混凝土轴压构件的理论研究[期刊论文]-铁道建筑2007(6)2.赵均海.郭红香.魏雪英.ZHAO Jun-Hai.GUO Hong-xiang.WEI Xue-ying圆中空夹层钢管混凝土柱承载力研究[期刊论文]-建筑科学与工程学报2005,22(1)3.尧国皇.黄用军.宋宝东.Yao Guohuang.Huang Yongjun.Song Baodong钢管初应力对中空夹层钢管混凝土轴压与抗弯力学性能影响的研究[期刊论文]-钢结构2008,23(6)4.黄宏.韩林海方中空夹层钢管混凝土轴压强度承载力计算[期刊论文]-哈尔滨工业大学学报2003,35(z1)5.黄宏.陶忠.韩林海.Huang Hong.Tao Zhong.Han Linhai圆中空夹层钢管混凝土纯弯力学性能研究[期刊论文]-工业建筑2006,36(11)6.李恋恋.赵均海圆中空夹层钢管混凝土柱的承载力分析[会议论文]-20077.杨俊杰.徐汉勇.彭国军.Yang Junjie.Xu Hanyong.Peng Guojun八边形中空夹层钢管混凝土轴压短柱力学性能的研究[期刊论文]-土木工程学报2007,40(2)8.邹兆龙.张元凯.ZOU Zhaolong.ZHANG Yuankai矩形中空夹层钢管混凝土梁纯弯性能有限元分析[期刊论文]-公路工程2008,33(1)9.陶忠.韩林海.郑永乾.黄宏方中空夹层钢管混凝土纯弯力学性能研究[期刊论文]-工业建筑2004,34(1)10.孙国徽.于清.陶忠.Sun Guohui.Yu Qing.Tao Zhong薄壁钢管混凝土结构施工安全性问题初探[期刊论文]-工业建筑2007,37(12)1.聂建国.廖彦波双圆夹层钢管混凝土柱轴压承载力计算[期刊论文]-清华大学学报（自然科学版） 2008(3)2.颜博关于中空夹层钢管混凝土的研究[期刊论文]-知识经济 2010(20)3.陶忠.韩林海.黄宏圆中空夹层钢管混凝土柱力学性能研究[期刊论文]-土木工程学报 2004(10)4.闫月梅.周文亮.宋园园.李捷方中空夹层钢管混凝土受力性能研究[期刊论文]-中国安全生产科学技术 2011(11)本文链接：/Periodical_hebgydxxb2003z1040.aspx。

中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的性能研究的开题报告一、选题背景钢—混凝土组合结构的应用范围越来越广泛，因为其具有结构刚度高、承载能力大、施工方便等优点。

钢—混凝土组合结构的节点是整个结构的关键部位，其性能优劣直接影响结构的力学性能和安全性。

当前，大量的研究成果表明，中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点具有较好的力学性能和适用性，是一种较为可行的结构形式。

因此，本文选题研究中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的性能，旨在探究其力学行为和结构特点，为结构的设计和工程实际应用提供技术支撑。

二、研究内容和意义本次研究的主要内容是中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的性能研究。

研究内容包括：分析中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的力学性能、结构特点和影响因素；通过室内试验获取节点的受力性能和破坏机理；建立数值模型对节点进行仿真分析和参数优化。

本次研究的意义在于：（1）深入了解中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的工作原理、力学行为和破坏机理，为建立动力分析模型提供理论支持；（2）通过室内试验，获取节点的受力性能和破坏机理，为设计提供可靠的基础数据；（3）应用数值模拟分析，对节点的性能进行优化设计和探究其适用范围。

三、研究方法本次研究采用试验和数值模拟结合的方法，具体研究步骤如下：（1）文献研究：查阅相关文献，了解中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的研究现状，明确研究方向。

（2）室内试验：在试验室建立中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的模型，对节点进行受力测试，获取其受力性能和破坏机理。

（3）数值模拟：建立数值模型对节点进行仿真分析，探究其力学性能和破坏机理；运用有限元方法对中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的力学性能进行研究，研究各项指标的灵敏度和影响程度，为优化设计提供依据。

四、论文框架本文的结构框架如下：1、绪论1.1 研究背景与意义1.2 研究现状1.3 研究内容1.4 研究方法与步骤1.5 论文的组成2、中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的理论分析2.1 中空夹层钢管混凝土柱的力学性能2.2 钢—混凝土组合梁的力学性能2.3 中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合的力学分析3、室内试验3.1 试件的制作3.2 试验方案3.3 试验结果分析4、数值模拟分析4.1 建立数值模型4.2 分析节点的力学性能4.3 优化节点设计5、结论与展望5.1 研究结论5.2 研究展望五、预期成果通过本次研究，预期取得以下成果：（1）中空夹层钢管混凝土柱与钢—混凝土梁组合节点的理论分析和试验研究成果。

中空夹层钢管混凝土结构力学性能研究综述作者：朱少飞来源：《现代装饰·理论》2012年第06期摘要：综合论述了中空夹层钢管混凝土结构的国内外研究状况，提出了需要进一步深入开展的研究工作，以便更好地为这一新型的钢管混凝土结构的工程应用打下基础。

关键词：中空夹层钢管混凝土；力学性能；综述1 引言中空夹层钢管混凝土，是将内外两根钢管以相同的形心放置后，在两钢管夹层间灌注混凝土而形成的整体受力构件。

作为一种新型的钢管混凝土结构形式，它是在实心钢管混凝土的基础上发展而来的。

中空夹层钢管混凝土内、外钢管可采用不同的截面形式，常用的钢管截面形式有圆形、方形和矩形，将其中任意两种两两组合，可以得出该类构件的多种截面类型。

目前，海内外的专家学者主要研究的是以下五类截面。

相比方、矩形截面来讲，圆形截面更不易发生局部屈曲，因此将圆形截面作为中空夹层钢管混凝土的钢管更有利，同时方形钢管作为外管有利于梁柱节点的连接。

2 研究现状文献[1]进行了圆中空夹层钢管混凝土轴压短试件的力学性能试验，其截面形式如图1-3（a）所示，其钢管的径厚比（D/t，D为圆钢管的外径，t为圆钢管的壁厚）范围为43~169。

构件在两层钢管之间灌注的混凝土为树脂混凝土，混凝土的圆柱体抗压强度为58.6Mpa。

试验中进行的一次轴压加载的试验结果表明：试验时构件的荷载—变形关系在加载后期基本都出现了下降段，其轴压极限承载力比钢管和混凝土二者叠加的承载力要高出10~30%，同时在承载力峰值点处的应变值达到了1%，大于钢管或混凝土单独加载时各自峰值点处的应变值。

试验结果还表明，钢管和混凝土之间的相互作用使得钢管的局部屈曲大大延迟，在钢管发生局部屈曲后，由于混凝土的存在使得钢管的屈曲发展较慢，这种情况一直保持到混凝土被压碎。

对中空夹层钢管混凝土轴压构件的荷载-变形关系进行了初步分析，分析时考虑了钢管和混凝土之间的相互作用力。

由于采用的分析方法无法考虑混凝土破坏后的情况，因而提供的方法仅能计算出构件的荷载-变形关系至峰值点处，无法更进一步准确的模拟出构件荷载—变形关系的下降段。

钢管混凝土组合构件的发展历程与研究现状摘要：本文主要介绍了钢管混凝土的定义、分类、特点与优点，以及在我国超高层建筑中的应用、有限元分析模拟，发展前景及未来展望；重点介绍了钢管混凝土的节点连接方式。

关键词：钢管混凝土；节点连接；半刚性节点；一、钢管混凝土的定义钢管混凝土是在劲性混凝上结构、螺旋配筋混凝土结构及钢管结构的基础上演变和发展起来的一种新型结构。

钢管混凝土按截面形式不同可以分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。

这种组合结构在承受轴向压力时，由于钢管和内填混凝土材料横向变形系数的不同，二者之间会产生相互作用的紧箍力，在这种紧箍力作用下核心混凝土处于三向受压状态，因此能延缓了其内部微裂缝的扩展,提高结构的抗压强度。

同时，由于内填混凝土的存在能有效的保证钢管的局部稳定，使两种材料能相互弥补彼此的弱点，而发挥各自的优势。

二、钢管混凝土的特点钢管混凝土结构以其优越的受力性能显示出广阔的发展前景。

其优点有:1)承载力高，重量轻，塑性好，耐疲劳，耐冲击。

2)可以采用高强混凝土，三向压应力避免了核心高强混凝土的脆性破坏。

3)延性好，抗震性能好。

4)钢管本身可作为浇筑混凝土的模板，不需要支模、钢筋制作与安装，简化施工。

5)研究表明，钢管混凝土构件用于高层建筑中时，采用限制长细比的方法可不限制轴压比，具有显著的理论意义和经济效益。

钢管混凝土在我国高层建筑中的应用发展很快，经历了由局部采用、大部分采用到全部采用钢管混凝土柱的过程。

在高强混凝土还不普及的20世纪80年代后期，人们开始应用C30~C40级的钢管混凝土柱以解决钢筋混凝土结构中的“胖柱”问题，如北京的四川大厦的地下车库，福建的泉州邮电大厦,厦门金源大厦等。

进入90年代后，C60高强混凝土柱大量应用，“胖柱”问题有所缓解，但高强混凝土柱的脆性破坏问题突出。

在此情况下,钢管高强混凝土柱应运而生，它既解决了高强混凝土柱的脆性破坏问题，又进一步减小了柱的横截面尺寸。

基于纤维模型法圆中空夹层钢管混凝土轴压柱的理论研究摘要：针对圆中空夹层钢管混凝土轴心受压柱的力学性能，基于纤维模型法，钢管材料的本构关系依次选用5阶段模型、理想弹塑性模型两种，混凝土材料的本构关系依次选用韩林海模型、刘威模型两种，共4种不同的本构关系模型组合；对单调加载过程中圆中空夹层钢管混凝土轴压构件的荷载- 变形关系进行计算，与试验结果进行对比分析。

结果表明：计算出的荷载- 变形关系曲线与试验曲线吻合良好；对钢管本构关系，采用5阶段模型、理想弹塑性模型分别进行纤维模型法计算，二者计算结果基本一致；对混凝土本构关系，采用韩林海模型、刘威模型分别进行纤维模型法计算，前者计算结果吻合更好。

关键词：圆中空夹层钢管混凝土柱；轴压；本构关系；纤维模型法；荷载- 变形关系圆中空夹层钢管混凝土柱[1 - 4](简称CFDST，图1)，是在两个同心放置的圆钢管之间灌注混凝土而形成的钢管- 混凝土组合柱，是在传统实心截面的钢管混凝土柱的基础上发展起来的一种新型的钢管混凝土结构形式。

作为一种新型的钢管混凝土柱，圆中空夹层钢管混凝土柱除了具有实心钢管混凝土柱承载力高、塑性和韧性好、耐火性能好等一系列的优点外，由于其特殊的截面形式，又具备独有的特点：抗弯刚度大；自重轻、抗震性能好[2]。

图1 圆中空夹层钢管混凝土柱截面示意文献[5 - 8]均进行了大量的圆中空夹层钢管混凝土轴压构件的试验研究和理论分析。

其中，文献[8]利用纤维模型法对圆中空夹层钢管混凝土轴压构件的荷载- 变形全过程关系进行计算时，钢材的本构关系选用的是5阶段模型，核心混凝土的本构关系选用的是刘威模型，其结果在弹性阶段能模拟构件的荷载- 变形曲线，但在塑性阶段求解结果与试验结果相差较大，与实际情况不符。

本文基于纤维模型法，选定钢管和混凝土材料的本构关系，共4种不同的本构关系模型组合，对单调加载过程中圆中空夹层钢管混凝土轴压构件的荷载- 变形关系进行计算，参考文献[8]试验结果进行了对比，分析不同本构关系模型组合进行纤维模型法计算的适用性，并分析了圆中空夹层钢管混凝土轴压构件的受力性状。

大空心率中空夹层钢管混凝土组合构件抗撞性能研究大空心率中空夹层钢管混凝土组合构件抗撞性能研究摘要：随着建筑工程技术的发展，空心率大的中空夹层钢管混凝土结构被广泛应用于大跨度建筑中。

为了研究该类结构的抗撞性能，本文对大空心率中空夹层钢管混凝土组合构件进行了深入研究。

通过对材料性能、结构特点以及抗撞性能的试验分析，得出了一系列结论，为该类结构的设计与施工提供了重要参考。

1.引言大空心率中空夹层钢管混凝土组合构件是一种将钢管与混凝土组合在一起的新型结构体系。

该结构的空心率较大，具有轻质积木般的形状，在大跨度建筑中具有广泛应用前景。

然而，由于其特殊的结构形式，该类结构的抗撞性能仍缺乏系统的研究和认识。

2.材料性能分析首先，本文对大空心率中空夹层钢管混凝土组合构件中所使用的材料进行了性能分析。

选取了常见的钢管和混凝土材料，进行了强度、韧性、耐久性等性能指标的测试。

结果表明，选择适当的材料可以提高构件的整体性能。

3.结构特点分析针对大空心率中空夹层钢管混凝土组合构件的特点，本文进行了结构特点分析。

通过有限元分析以及模型试验，得出了该结构的应力传递规律和变形特点。

结果显示，在外部荷载作用下，钢管和混凝土共同进行荷载承担，形成一种协同作用机制。

这一结构特点保证了构件整体的抗撞性能。

4.抗撞性能试验为了验证大空心率中空夹层钢管混凝土组合构件的抗撞性能，本文进行了抗撞性能试验。

试验过程中，采用了多个不同工况的加载组合，通过测量构件的变形和应力分布，分析了构件的承载性能。

结果表明，该结构具有优良的抗撞性能，能够满足大跨度建筑的实际需求。

5.结论通过对大空心率中空夹层钢管混凝土组合构件的研究，本文得出了以下结论：（1）材料的选择对构件的整体性能有重要影响，应根据实际需求选择合适的材料；（2）该结构具有良好的应力传递规律和变形特点，能够实现荷载的协同承担；（3）抗撞性能试验结果表明，该结构具有较高的承载能力和良好的变形性能。

方中空夹层钢管混凝土横向局压性能研究摘要：为研究方中空夹层钢管混凝土的横向局压性能，利用ABAQUS软件建立了非线性有限元分析模型，同时以压杆与试件外边长比和空心率为参数，进行了6个试件的试验研究，分析比较了试件破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线和承载力模拟结果与试验结果的差异及其产生的原因。

结果表明：横向局压荷载作用下方中空夹层钢管混凝土具有较好的力学性能；有限元模拟得到的方中空夹层钢管混凝土横向局压性能总体上与试验结果吻合良好。

关键词：方中空夹层钢管混凝土；横向局压；试验研究；有限元分析中图分类号：TU375 文献标志码：A0引言中空夹层钢管混凝土（Concrete-filled Double-skin Steel Tube，CFDST）是一种在普通钢管混凝土的基础上发展而来的新型组合结构，它由同心放置的内、外钢管及它们之间的夹层混凝土组成。

中空夹层钢管混凝土在秉承钢管混凝土承载力高、塑性韧性好、施工方便及抗火和抗腐蚀性能较好等优点的同时，又具有其独特的优势，如截面开展、抗弯刚度大、自重轻和抗火性能更好等[1]。

因此，中空夹层钢管混凝土可用作桥墩、海洋平台结构的支架柱、建筑物的大直径柱和其他高耸构筑物等[1]，同时中空的特点又使其在桁架和空间结构中有应用的潜力[2-3]。

当中空夹层钢管混凝土用作桁架和空间结构的弦杆时，其由于承受腹杆传来的压荷载而处于横向局压状态。

中空夹层钢管混凝土的横向局压性能将直接决定桁架和空间结构节点的性能，甚至影响整体结构的安全。

自20世纪90年代以来，美、日、澳和中国学者先后对中空夹层钢管混凝土的力学性能进行了一系列试验研究和理论分析。

黄宏[4]全面汇总了各国2006年以前公开发表的中空夹层钢管混凝土受力性能试验成果，并利用纤维模型法和有限元方法对中空夹层钢管混凝土压弯构件的静力、动力性能进行了理论分析，提出了力学指标的简化计算方法。

此外，Lu等[5-6]对中空夹层钢管混凝土柱的耐火性能进行了理论分析，并提出了耐火极限的简化计算方法。