多边形钢管—波纹板约束混凝土组合柱轴压力学性能研究.pdf

摘要

摘要

为了改善钢管混凝土柱中钢管纵向应变变大，局部屈曲等问题，课题组提出一种方

-CFCSTST

钢管波纹板约束混凝土组合柱（），将波纹板与四肢方钢管焊接形成封闭

多腔体，并在腔体内浇筑混凝土。经研究发现相较于普通钢管混凝土柱，该柱的钢管与

波纹板能够对混凝土提供均匀的约束作用，其承载力较高，延性性能较好，目前已在装

配式建筑领域得到广泛应用。为进一步提升CFCSTST组合柱中钢管与波纹板的组合

-CFCSTPST

效应，本文提出了一种新型多边形钢管波纹板约束混凝土组合（）柱。

本文通过试验、有限元及理论三个方面对其轴压力学性能开展探究工作，具体如下：

1

（）完成了CFCSTPST试件与CFCSTST组合柱对比试件的轴压试验。以钢管

形状、波纹板波高作为主要参数，观测并记录各试件的破坏全过程，重点分析试件各项

力学性能指标、应变发展规律等情况。试验结果表明：CFCSTPST组合柱相较于

CFCSTST组合柱而言，其轴压承载力更高；波纹板波高对组合柱的承载能力有一定

影响，波纹板波高越大，柱刚度越大，承载力越高，延性越好。

（2）以试验为基础，运用ABAQUS建立组合柱数值模型，并将有限元模拟与试验

所提取的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线比对，验证了模型的有效性。通过对典型试件

承载力、横纵向应力分布规律研究分析，探究多边形钢管-波纹板约束混凝土柱的轴压

受力机理。结果表明：相较于采用方钢管的CFCSTST组合柱，在含钢率一致的前提

下，多边形钢管与波纹板形成多腔体能够对核心混凝土提供更强的横向约束；因特殊褶

皱构造使波纹板上的纵向应力传递断开，几乎不承担纵向荷载；同一周期内相较于波纹

板波谷，波峰对与混凝土的套箍效果更强。

3

（）在有限元模型有效的基础上开展了大量参数分析工作，其中径宽比、约束

-

系数、波高和长细比对多边形钢管波纹板约束混凝土组合柱的极限承载力影响较

h

大，并为CFCSTPST柱轴压承载力计算公式提供算例。

4

（）归纳已有的钢管混凝土组合柱受压承载力计算方法，利用试验与有限元结果

评价规范及文献中公式对本文提出的新型柱是否适用。结合Mander等提出的约束混凝

土承载力计算方法，综合考虑强度、长细比等参数对混凝土的约束效应影响，建立

CFCSTPST柱轴压承载力的计算公式。结果表明：所提出CFCSTPST柱的承载力计

算公式值与试验及有限元值吻合良好，且偏于安全，对工程设计应用具有参考价值。

关键词：波纹钢板；多边形钢管；轴压受力机理；径宽比；有限元模型；约束系数

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ABSTRACT

ABSTRACT

Forthepurposeofimprovingthehigh-riskproblemssuchasvariablelongitudinalstrain

andlocalbucklingofsteeltubesinsteeltubularconcretecolumns,thegrouphadproposeda

concrete-filledsteeltubularcolumns(CFCSTST),inwhichthecorrugatedplatesare

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