矩形钢管混凝土柱的力学性能研究综述岳香华

第３７卷第ｌ５期　２　０　１　１年５月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖ０１．３７　Ｎｏ．１５　Ｍａｙ．　２０１１　・２９・　文章编号：１００９・６８２５（２０１　１）１５—００２９－０２　方钢管混凝土柱受力性能研究　高俊华　摘要：以含钢率、长细比、材料强度为主要参数，利用有限元软件ＡＮＳＹＳ对方钢管混凝土柱在轴力和水平荷载作用下　进行了非线性有限元计算，研究表明：方钢管混凝土柱达到极限荷载后，仍表现出良好的延性和后期变形能力，其受力性　能明显优于空钢管试件和钢筋混凝土试件。　关键词：钢管混凝土，柱，承载力，刚度　中图分类号：ＴＵ３７５．３　文献标识码：Ａ　０　引言　钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土、螺旋配筋混凝土和钢管结　构的基础上演变和发展起来的，相对钢材与混凝土而言，是一种　新型的结构材料。钢管混凝土是在钢管中填充素混凝土而形成　的组合结构材料，但是钢管混凝土的性能却不仅仅是钢材与混凝　土的简单叠加。众所周知，混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很　弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在　受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上　能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，　其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在，提高了钢管的　刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。　１　有限元模型的建立　１．１　材料的本构关系模型　［８］　［９］　［１Ｏ］　［１２］　［１３］　［１４］　［１５］　周钟宏．碳纤维布加固木结构构件的性能研究［Ｄ］．南京：　南京工业大学硕士学位论文，２ｏ０５．　王锋．纤维材料加固（增强）木梁抗弯性能研究［Ｄ］．上　海：上海交通大学硕士学位论文，２００５．　祝金标．碳纤维布（ＣＦＲＰ）修复加固破损木梁的试验研究　［Ｄ］．杭州：浙江大学硕士学位论文，２００５．　马建勋，蒋湘闽，胡　平．碳纤维布加固木梁抗弯性能的试　验研究［Ｊ］．工业建筑，２００５，３５（８）：３５－３９．　丁烨．苏北意杨材性和ＦＲＰ复合木结构的试验分析和研　究［Ｄ］．南京：东南大学硕士学位论文，２００５．　谢启芳．中国木结构古建筑加固试验研究及理论分析　［Ｄ］．西安：西安建筑科技大学博士学位论文，２００７．　Ｍａｌｌｉｎａｔｈ　Ｎａｇａｒａ．Ｅｘｐｅｒｒｉｍｅｎｔａｌ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａ．　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ＦＲＰ　Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ＧＬＵＬＡＭ　Ｃｏｌｕｍｎｓ　Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　Ａｓｓｏｃｉａｔ－　ｅｄ　Ｓｏｆｔｗｗａｒｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ［Ｄ］．Ｃａｎａｎｄａ，Ｄａｌｈｏｕｓｉｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉ・　ｔｙ，２００５．　Ｔａｈｅｒｉ　Ｆ，Ｎａｇａｒａｊ　Ｍ，Ｃｈｅｒａｇｈｉ　Ｎ．ＦＲＰ—Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　Ｇｌｕｌａｍｉｎａｔ一　钢材采用考虑应变强化和带有下降段的三折线模型，由于钢　管混凝土轴心受压，混凝土采用钟善桐所提出的核心混凝土由单　向受压发展成为三向受压的本构关系，采用Ｖｏｎ　Ｍｉｓｅｓ屈服准则。　１．２单元类型的选取与划分　钢材单元采用八节点Ｓｏｌｉｄ４５实体，混凝土采用Ｓｏｌｉｄ６５实体　单元。划分单元时对受力和塑性变形相对较大的节点域进行了　局部网格加密，是为了保证求解的精度。　１．３边界条件及加载方案　在模型中约束了方钢管混凝土柱底结点的所有自由度，在柱　顶施加轴向压力Ｎ，Ｎ＝０．４　（　为柱全截面屈服时所能承受的　压力）。另外，对柱顶面的所有结点进行　方向的耦合，这时程序　将产生一个主结点，水平力以位移的方式施加在耦合端面的主结　点上。　［１６］　［１７］　［１８］　［１９］　［２Ｏ］　［２１］　［２２］　ｅｄ　Ｃｏｌｕｍｎｓ［Ｊ］．ＦＲＰ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００５，２（３）：１０—１２．　马建勋，胡　平，蒋湘闽，等．碳纤维布加固木柱轴心受压　性能试验研究［Ｊ］．工业建筑，２００５，３５（８）：４０—４４．　姚江峰，赵宝成，史丽远，等．复合纤维对圆形木柱抗压承　载能力的加固试验研究［Ｊ］．苏州科技学院学报，２００６，１９　（４）：１—４．　张天宇．ＣＦＲＰ布包裹加固旧木柱轴压性能试验研究［Ｊ】．　福建建筑，２００５，９２（２）：４９・５１．　周钟宏，刘伟庆．碳纤维布加固木柱的轴心受压试验研究　［Ｊ］．工程抗震与加固改造，２００６，２８（３）：４４—４８．　贾卉琳，张敏，吴　刚，等．ＦＲＰ片材加固木圆柱的试验　研究［Ａ］．ＦＲＰ与结构补强——一ｏ５全国ＦＲＰ与结构加固　学术会议论文精选［Ｃ］．２００５．　许清风，朱　雷，贡春成．ＣＦＲＰ加固短木柱的试验研究　［Ｊ］．施工技术，２００７，３６（５）：１３－１６．　许清风，朱雷．ＣＦＲＰ维修加固局部受损木柱的试验研究　［Ｊ］．土木工程学报，２００７，４０（８）：４１－４６．　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ＣＦＲＰ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　ｗｏｏｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ＺＨＡＮＧ　Ｌｉ　ＺＨＡＮＧ　Ｙａｎ・ｑｉｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ａｂｏｕｔ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ＣＦＲＰ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　ｗｏｏｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ，ａｎａｌｙｚｅｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ＣＦＲＰ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　ｗｏｏｄ　ｂｅａｍ　ｂｅｎｄｉｎｇ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｓｈｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｄ　ｗｏｏｄ　ｃｏｌｕｍｎ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ａｎｄ　ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｍａｔｔｅｒｓ　ｎｅｅｄｉｎｇ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｍｅａｎｉｎｇ　ｆｏｒ　ｐｒｏｍｏｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｏｏｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｗｏｏｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＣＦＲＰ　收稿日期：２０１１－０２—１Ｏ　作者简介：高俊华（１９５６．），男，工程师，陕西省华贸建设管理咨询有限公司，陕西西安

第２５卷第３期　２００８年９月　华中科技大学学报（城市科学版）　Ｊ．ｏｆ　ＨＵＳＴ．（Ｕｒｂａｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖｏ１．２５　ＮＯ．３　Ｓｅｐ．２００８　方钢管混凝土柱一组合扁梁连接节点力学性能研究　毛小勇，高晓莹，陈春杨　（苏州科技学院江苏省结构工程重点实验室，江苏苏州２１５０１１）　摘要：将方钢管混凝土柱与组合扁梁结合，构成一种新型、高效的住宅钢结构体系。在已有节点研究的基　础上，结合翼缘非对称式组合扁梁的特殊性，提出了一种新的节点构造形式。建立了节点承载力计算的塑性　铰线模型，推导了塑性铰线的承载力，得到了受拉翼缘的极限拉力，并最终确定了节点的承载力计算方法。　为验证上述模型的准确性，对节点进行了有限元分析。塑性铰线模型与有限元分析结果吻合良好，设计方法　可供工程设计参考。　关键词：组合扁梁，钢管混凝土柱，塑性铰线，抗弯承载力　中图分类号：ＴＵ３９８＋．９　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—７０３７（２００８）０３—００６１—０４　组合扁梁是将现浇混凝土板、预制混凝土板　或深肋压型钢板搁置于钢梁下翼缘（或腹板支托）　而形成的组合截面形式，具有截面高度小、防火　和抗锈蚀性能好、钢梁出平面不易失稳等优点。　方钢管混凝土柱具有抗弯刚度大、施工方便、经　济效果显著等优点。将组合扁梁与方钢管混凝土　柱结合，可形成一种新型、高效的住宅结构体系。　国外对预制叠合板式组合扁梁及上翼缘带压痕的　深肋压型钢板组合扁梁进行了较为深入的研究　［１－４１。在我国，为满足轻钢住宅设计中降低层高的　需要，清华大学于２０００年开始着手组合扁梁楼盖　的研究，并结合国内的工程实际推出了叠合板组　合扁梁楼盖Ｌ５　Ｊ。对方钢管混凝土柱，国、内外进　行了大量的研究工作【９’　］，计算方法已十分成熟。　相对而言，对组合扁梁与柱连接节点的研究却很　少；同时，由于组合扁梁多采用非对称截面形式，　其节点连接及构造具有自身的特点。因此，有必　要对其节点性能进行深入研究，以促进这一结构　体系的推广使用。　１节点构造　方钢管混凝土柱与钢梁的连接节点主要有以　下几种形式　：内隔板式、外隔板式、钢梁贯穿　式、穿心螺栓式和锚定式。这些节点形式在某些　方面可以为组合扁梁的节点提供参考。但作为一　种住宅结构体系，方钢管混凝土柱一组合扁梁节　点的构造还需要考虑以下几方面问题¨　：（１）钢　管混凝土柱的截面一般不会太大，出于施工方便　和节点区混凝土的浇筑质量的考虑，不宜在内部　设置锚固件或隔板；（２）本文采用的组合扁梁上、　下翼缘不对称，受拉翼缘面积偏小，在支座负弯　矩作用下，受拉区混凝土开裂失去作用，一般需　要设置负弯矩受拉钢筋，钢筋的锚固是一个比较　重要的问题；（３）组合扁梁截面一般不会太高，　受力不会太大；（４）为方便在住宅体系中推广使　用，节点构造应简捷、方便施工。　综合上述特点，参考现有的方钢管混凝土柱　一钢梁连接节点形式，本文给出的方钢管混凝土　柱一组合扁梁连接节点构造，如图１所示…Ｊ。　２塑性铰线模型　节点处剪力通过腹板传递给钢管壁，只需验　算扁梁腹板与钢管壁之间连接焊缝的强度即可。　弯矩在扁梁上、下翼缘分别产生拉力和压力，并　通过加强环板传给钢管壁。对于压力而言，可通　过钢管壁承压传递给内部的混凝土，一般没有太　大问题（因混凝土的抗压强度较大）；而拉力由加　强环板及钢管壁与混凝土之间的粘结力承受。由　于钢管壁与混凝土之间的粘结力较小，拉力作用　可能造成钢管壁与混凝土的分离，此时如果加强　收稿日期：２００８—０３—０５　作者简介：毛小勇（１９７４一），男，湖北房县人，副教授，博士，研究方向为组合结构，ｍａｏｘｉａｏｙｏｎｇ＠ｙｅａｈ．ｎｅｔ。　基金项目：２００６年建设部科技计划项目（０６一Ｋ３—１９）。

矩形钢管混凝土柱的力学性能研究综述 岳香华

发布时间：2021-08-05T08:55:33.703Z 来源：《防护工程》2021年11期 作者： 岳香华

[导读] 钢管混凝土柱（简称 CFST）是指在钢管中填充混凝土形成钢管和混凝土共同承受外荷载的结构构件。钢管混凝土根据截面形式不

同，可分为圆钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等[1]。

广东工业大学 广东广州 510006

摘要：矩形钢管混凝土柱具有承载力高、延性好、施工方便等优势，本文对矩形钢管混凝土柱的静力性能、抗震性能、局部屈曲性能

等方面的研究成果进行综述。

关键词：矩形钢管混凝土柱；力学性能

钢管混凝土柱（简称 CFST）是指在钢管中填充混凝土形成钢管和混凝土共同承受外荷载的结构构件。钢管混凝土根据截面形式不同，

可分为圆钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等[1]。矩形钢管混凝土柱具有强度高、刚度大、延性好、耗能大、施工方便、

梁柱节点容易处理等优点，在建筑结构中得到了广泛的应用。近几十年来，国内外学者对矩形钢管混凝土土柱的静力性能、抗震性能、局

部屈曲性能等展开深入系统的研究，取得了丰硕的成果。

1. 矩形钢管混凝土柱的静力性能研究

1.1 矩形钢管混凝土柱的轴压性能研究

Zhang等[2]对24根填充混凝土的矩形钢管混凝土柱进行轴压试验，研究了截面纵横比、约束系数、宽厚比等关键参数对矩形钢管抗轴力

性能的影响。Cai等[3]研究了10个有约束杆试件和5个无约束杆试件的方形钢管混凝土短柱的轴向荷载特性，研究了宽厚比、约束拉杆对钢

管混凝土柱极限强度、刚度和延性的影响。Long等[4]建立了带约束杆的矩形钢管约束混凝土的单轴应力应变关系模型，得到了影响钢管混

凝土柱轴压性能的关键参数。

上述研究采用试验和理论分析，表明矩形钢管混凝土柱的轴压性能与截面形式和钢管的性能有关。钢管不同的初始缺陷或残余应力会

导致不同的破坏模式。可以通过增加约束拉杆和减小宽厚比增加矩形钢管混凝土柱的承载力，通过适当的约束杆纵向间距来延缓甚至避免

２０１０年第１１期（总第２５３期）　Ｎｕｍｂｅｒ　１　１　ｔｎ　２０１０（Ｔｏｔａ１　Ｎｏ．２５３）　混　凝　土　

Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　理论研究　ＴＨＥＯＲＥＴＩＣＡＬ　ＲＥＳＥＡＲＣＨ　

ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００２—３５５０．２０１０．１　１．０１３　

高强箍筋约束高强混凝土柱在轴压下的　

力学性能研究综述　

司炳君’，胡钟’，孙治国　，王东升　（１．大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连１１６０２４；２．大连海事大学道路与桥梁工程研究所，辽宁大连１１６０２６）　

摘要：　采用高强度箍筋约束高强混凝土柱以保证其延性是混凝土结构的重要发展方向，为研究高强箍筋约束高强混凝土柱在轴压下的　力学性能，统计了国内外的研究情况并对结果进行总结分析，发现在高强箍筋约束作用下，高强混凝土的脆性减小，强度和延性增加。同时　

介绍了几种有代表性的约束混凝土模型，分析了影响高强箍筋约束高强混凝土柱的延性和强度的主要因素为混凝土强度、体积配箍率、箍　筋屈服强度、箍筋间距、混凝土保护层、纵筋配筋率以及箍筋约束形式等，并对各影响因素的作用进行总结。　关键词：高强箍筋；高强混凝土；轴压；延性；强度；约束模型；综述　中图分类号：ＴＵ５２８．０１　文献标志码：Ａ　文章编号：　１００２—３５５０（２０１０）１１—００３９—０４　

Ｒｅｖｉｅｗ　ｏｆ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｃｏｌｕｍｎｓ　ｗｉｔｈ　ｈｉｇｈ－ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ　

ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ　

ＳｌＢｉｎｇ－ｊ￣　，ＨＵＺｈｏｎｇ　，ＳＵＮＺｈｉ－ｇｕｏ　，ＷＡＮＧＤｏｎｇ－ｓｈｅｎｇ　（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆＣｏａｓｔａｌ　ａｎｄＯｆｆｓｈｏｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０２４，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＲｏａｄ　ａｎｄＢｒｉｄｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＭａｒｉｔｉｍｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｌｉａｎ　１１６０２６，Ｃｈｉｎａ）