内配螺旋箍筋钢管混凝土轴压短柱力学性能研究

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钢管混凝土是一种由钢管与混凝土组合而成的构件,其由于钢管与混凝土之间的相互作用而具有良好的力学性能。在钢管混凝土中采用高强钢材或高强混凝土,可以达到节约钢材、提高构件承载力等效果。然而,随着材料强度的提高,薄壁高强钢材更易发生局部失稳而高强混凝土的脆性显著增加,使得工程常用参数范围内高强钢管混凝土的外钢管难以对核心混凝土提供足够的约束。鉴于此,提出在薄壁高强钢管内壁配置螺旋箍筋后浇筑混凝土的组合构件,使核心混凝土受到更好的约束作用,从而使内配螺旋箍筋钢管混凝土构件具有承载力高和延性好的特性。本文采用试验测定和有限元模拟相结合的思路,对内配螺旋箍筋钢管混凝土轴压短柱的力学性能进行深入研究,完成了以下主要工作:(1)开展了8个圆形试件和14个方形试件的力学性能测试,主要考察了钢管屈服强度和体积配箍率对内配螺旋箍筋钢管混凝土轴压短柱破坏形态、荷载-位移(应变)曲线、承载力、组合弹性模量及延性系数的影响。(2)在确立钢管、螺旋箍筋及混凝土本构模型的基础上,利用ABAQUS构建了内配螺旋箍筋钢管混凝土轴压短柱的有限元分析模型,模拟结果基本再现了实测结果,证明了有限元模型的合理性。(3)基于已验证的有限元模型,深入分析了体积配箍率、名义含钢率、混凝土强度、钢管与螺旋箍筋屈服强度等参数,对内配螺旋箍筋钢管混凝土轴压短柱受力过程中各部分应力状态及相互作用等的影响。(4)在系统参数分析结果的基础上,确定了螺旋箍筋等效钢管面积系数,并最终提出了内配螺旋箍筋钢管混凝土轴压短柱承载力简化计算方法,其计算结果与试验结果吻合较好。
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