【摘 要】
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钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tube,简称CFST)结构以其承载力高且延性较好的特点被广泛应用于工程结构中。然而,当填充的混凝土强度较高时就会出现脆性破坏的情况,为此研究者们提出了CFST中插入钢筋形成配筋钢管混凝土(Reinforced Concrete-Filled Steel Tube,简称R-CFST)结构来改善CFST构件的塑性和延性降低等缺点。目前,有关混凝
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钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tube,简称CFST)结构以其承载力高且延性较好的特点被广泛应用于工程结构中。然而,当填充的混凝土强度较高时就会出现脆性破坏的情况,为此研究者们提出了CFST中插入钢筋形成配筋钢管混凝土(Reinforced Concrete-Filled Steel Tube,简称R-CFST)结构来改善CFST构件的塑性和延性降低等缺点。目前,有关混凝土强度对R-CFST受力性能的影响规律尚无明确的研究成果。为此本文通过试验和有限元模拟手段研究混凝土强度对R-CFST短柱轴心受力性的能影响机理,研究包括以下内容:(1)试验研究:以混凝土强度为变化参数对填充6种混凝土强度的素混凝土、钢筋混凝土、CFST、R-CFST,总共72根(重复试件做3根)试件进行了轴心受压试验,分析了混凝土强度对破坏模式、轴压受力特性、承载力、套箍系数和延性的影响规律,最后发现配筋对CFST有良好的改善作用。(2)有限元数值模拟研究:为了进一步明确钢筋对R-CFST性能的提高作用,进行了数值模拟研究。模拟中,先提出了适合R-CFST的混凝土本构模型和模拟方法,再用试验数据判断模拟结果,验证了有限元模拟方法的可靠性,最后使用本模型分析了6种含钢率、3种混凝土强度等级的同含钢率36根R-CFST和CFST试件模型的对比分析。发现纵筋的作用根钢管相似,即能对核心混凝土起约束作用。(3)承载力计算:根据试验和有限元模拟研究结果,R-CFST的承载力计算不能直接采用CFST的公式。为此,对R-CFST的轴心受压的承载力计算方法,进行了研究并给出较为合理的计算表达式。通过上述研究,得出如下结论:(1)混凝土强度对试件破坏模式不会产生较大影响;随着混凝土强度的提高R-CFST的承载力会一直增加,而相比之下混凝土强度超过一定值后CFST的承载力则呈现下降趋势,同时易于产生脆性断裂;随着混凝土强度的提高R-CFST和CFST的延性系数和套箍系数均趋下降,但R-CFST的下降程度总是比CFST小,而这种差距随混凝土强度的提高而越显明显。(2)建立了适合R-CFST的有效可靠的有限元模拟方法;(3)有限元分析结果表明:可以将纵筋等效为钢管来计算纵筋对核心混凝土的侧应力;含钢率相同的情况下,R-CFST的承载力、延性和纵筋对承载力的贡献率等指标相比CFST高,当混凝土强度较高的这种差距更明显。(4)提出了适合R-CFST承载力计算公式,并通过对实验数据的比较分析,验证了本文提出的承载力公式的准确性和适用性。
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