【摘 要】
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与钢筋混凝土柱相比,钢管混凝土柱有延性好、承载力高等受力特点。其原因为钢管对混凝土产生了一定的约束效应,使组合柱各部分的材性可以得到更为充分的利用。但钢管混凝土柱存在钢管纵向应变大、局部屈曲风险高等问题。而钢管约束混凝土柱中钢管不直接承担纵向荷载,改善了钢管混凝土柱的缺陷,可以让钢管起到更好的约束作用。波纹钢管混凝土柱中波纹钢管的受力性质与钢管约束混凝土柱类似,波纹钢管可对混凝土产生有效的约束、不
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与钢筋混凝土柱相比,钢管混凝土柱有延性好、承载力高等受力特点。其原因为钢管对混凝土产生了一定的约束效应,使组合柱各部分的材性可以得到更为充分的利用。但钢管混凝土柱存在钢管纵向应变大、局部屈曲风险高等问题。而钢管约束混凝土柱中钢管不直接承担纵向荷载,改善了钢管混凝土柱的缺陷,可以让钢管起到更好的约束作用。波纹钢管混凝土柱中波纹钢管的受力性质与钢管约束混凝土柱类似,波纹钢管可对混凝土产生有效的约束、不易屈曲,且相较于钢管约束混凝土柱具有更好的承载力与延性。但波纹钢管混凝土构件中的波纹钢管无法承受轴向荷载,需配置纵筋承担拉力,呈现出抗弯性能较差的缺点。为了改善方钢管混凝土柱的力学性能,本课题组康金鑫提出了一种横肋波纹侧板-钢管混凝土柱,将波纹钢板沿波纹横向与方钢管焊接形成多腔体,并在腔体内填充混凝土。这种组合柱充分利用了波纹钢板较好的侧向刚度,并通过四角方钢管有效提高了柱的抗弯强度,且拥有无需模板、预制化水平高等明显优势,具有较高的研究价值。本文通过试验研究、有限元分析以及理论分析三种方法对横肋波纹钢板-方钢管混凝土柱双向偏压及弯剪性能开展研究。主要研究内容及取得的结论如下:（1）以偏心距为试验参数,展开了横肋波纹侧板-钢管混凝土柱的双向偏压加载试验,通过对试件荷载-位移曲线、破坏模态及应变状况的观察,发现组合柱在双向偏压加载情况下具有承载力高、延性较好。偏心距是影响柱承载力的主要参数,对试件承载力与延性均有较大影响。混凝土的破坏现象呈现出由受压区波峰纵向开裂向受拉区波谷横向开裂转变的趋势,其原因是波纹钢板与混凝土产生的局部“夹紧”与“松开”状态。（2）以钢管厚度、波高、剪跨比等为试验参数,先后进行了两批横肋波纹侧板-钢管混凝土柱弯剪加载试验,通过对试件荷载-位移曲线、破坏模态及应变状况的观察,发现组合柱在弯剪加载时承载力较高,且各部分协同受力情况好。钢管厚度、剪跨比是影响柱承载力的主要参数,波高越大试件抗剪承载力则越小。（3）以试验为基础,进行了双向偏压试验ABAQUS有限元模型的建立,通过荷载-位移曲线、应变曲线、破坏模态等的对比保证了有限元模型对试验模拟的高度准确性。在此基础上进行了大量参数分析,得出钢管厚度、钢材强度、偏心距是影响横肋波纹侧板-钢管混凝土柱双向偏压性能的主要参数,混凝土强度、波纹钢板厚度也有一定的影响,加载角度对双向偏压加载影响较小等主要结论。（4）建立了弯剪试验ABAQUS有限元模型,在保证其准确性的基础上展开了参数分析,得出钢管厚度、钢材强度、剪跨比是影响横肋波纹侧板-钢管混凝土柱弯剪性能的主要参数,混凝土强度、波纹钢板厚度也对其承载力、延性有一定的影响。在弯剪加载中,当轴压比从0增大到0.6,其承载力小幅上升,当轴压比从0.6增大到0.8,其承载力则开始下降。（5）参照试验、有限元结果,并参照《EC4》《钢管混凝土结构技术规范》（GB50936-2014）《JGJ138-2016组合结构设计规范》等规范,以及相关结构的承载力计算公式,对横肋波纹侧板-钢管混凝土柱的双向偏压、抗剪、抗弯承载力公式进行了拟合、推导,特别是对公式中截面积的选取与简化,以及抗剪承载力中剪跨比小于1时所对应的承载力加强公式进行了创造性规定。公式计算结果与有限元算例拟合程度较高,且具有较高的安全性,可供实际工程参考应用。
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