薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土柱的可行性研究

2018-06-12哈娜

信息记录材料 2018年7期

哈娜

（辽宁省交通高等专科学校辽宁沈阳 110122）

1 研究水平及意义

薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土柱力学性能研究，符合科技发展的需要，也符合我国国情的需要，具体体现在以下几个方面：

（1）薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土柱的力学性能研究可促进建筑工程中短柱的应用与发展，如实际工程中由于不同标高、楼层及构造要求而出现的错层短柱、夹层短柱、全层短柱和填充短柱等各类短柱，都可采用短柱形式；（2）薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土柱中超高强混凝土配合比的研究[1-3]，不仅可促进高性能混凝土的发展，同时也为超高强混凝土配合比的研究奠定一定的理论基础；（3）薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土柱中的应用外包方形钢管，内嵌圆形钢管的形式，不仅探索了不同薄壁钢管形式对超高强混凝土的约束情况，同时设计内置不同圆钢管直径考虑挖空率对其力学性能的影响，更加全面地完善多种组合结构形式的力学性能探索；（4）薄壁钢管的应用[2-3]，可以省去普通钢筋混凝土中绑扎钢筋、支模、拆模等工序，施工方便快捷，加快施工进度，且薄壁钢管可直接购买，构造简单、焊缝少，便于制作安装，同时可减少运输和吊装的费用，在一定程度上可节省造价。（5）通过设置不同薄壁钢管壁厚、内置薄壁圆钢管直径和壁厚、不同超高强混凝土强度等级、不同偏心距等参数，系统地探索了轴压、偏压和受弯短柱力学性能的差异，明确其工作机理、应力-应变曲线和承载力计算方法等，完善其受压构件力学研究内容。

2 关键点及技术指标

（1）薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土力学性能的研究提出应用薄壁方钢管，内置圆钢管的形式，不仅可以提高施工效率、减轻构件自重，同时也能够在一定程度上降低工程造价。其设计的主要技术指标是方钢管和圆钢管的壁厚、圆钢管的挖空率考察新型组合结构形式的力学性能，以及圆钢管对核心混凝土的环向约束程度。（2）应用超高强混凝土设置于薄壁钢管混凝土中，不仅能够充分发挥超高强混凝土的性能，同时能够促进超高强混凝土的应用，完善超高强混凝土配合比的优化设计。其设计的主要技术指标是设计不同超高强混凝土强度。（3）对薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土力学性能从轴心受压、偏心受压和受弯构件三个方面进行探索研究是课题拟解决的第三个技术关键点，保证此新型组合柱的力学研究内容的完善性。（4）从试验和理论两个方面对薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土力学性能进行研究，是项目拟解决的第四个技术关键点，保证课题的研究内容可以应用于工程实践，更好地指导施工。（5）提出的组合结构形式可在北方较寒冷的地区或冬季进行施工，如薄壁钢管骨架可在冬季进行安装，来年春天就可进行超高性能混凝土的浇筑，其施工可不受季节的限制。

3 研究方法

薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土柱的组合形式，充分利用了薄壁钢材的抗拉性能和超高强混凝土的抗压性能，使其极限承载能力恒大于两种材料承载能力的简单叠加，且超高强混凝土与薄壁钢管一起承压可以充分发挥各自的优点和特色，被工程界人士称为是最完美的组合，使得课题提出的组合柱的结构形式具有一定的合理性。

现有的关于超高强混凝土和薄壁钢管的国内外试验研究成果，可以更加有利于课题开展组合柱的试验研究，进行试验的参数化设计，为课题探索薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土力学性能的试验研究奠定一定的试验基础。

在国内外关于组合结构的轴心受压、偏心受压以及受弯构件研究成果的基础上，结合薄壁方钢管，内置圆钢管的力学性能特点，以及超高强混凝土的约束受力情况，从理论上建立组合柱的轴心受压、偏心受压和受弯承载力计算公式，从理论上为项目的开展奠定理论基础。

采用的主要研究方法：

（1）文献分析法。在总结现有薄壁钢管和超高强混凝土性能相关研究资料的基础上，进行相关文献的对比分析，取长补短，保证项目研究内容处于国内外领先水平。

（2）正交设计法。采用相对较少的试验就能获得薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土轴压、偏压和受弯性能试验研究中各因素对力学性能最全面的影响进行试验方案的设计，使所设计的试验方案合理化。

（3）叠加法。通过拟定基本假定，改变中和轴位置，同时考虑方钢管、圆钢管和受压区混凝土部分屈服情况，对轴心受压、偏心受压和受弯组合构件的极限承载力公式进行理论推导。

技术路线：在搜集文献资料研究的基础上，采用正交设计的方法对影响薄壁方钢管-圆钢管约束超高强混凝土柱力学性能的不同壁厚、混凝土强度等级、内置圆钢壁厚及直径、偏心距等方面对轴心受压、偏心受压和受弯性能等试验内容进行试验方案设计，并在试验研究的基础上以应用叠加法对组合柱的极限承载力和变形公式进行推导，并将试验结果和理论结果进行对比分析，见图1。