摘要
空心钢管混凝土结构因其重量轻、制造工艺简单、工业化程度高，而在电力行业中得到广泛应用。然而，空心钢管混凝土结构因其承载力低、易发生脆性破坏的特点，以至于无法使其广泛应用于建筑结构中。为了改善这种情况，本文提出了一种新型组合构件，将 PHC 管柱放入方钢管内，并在内部填入夹层混凝土，形成新型配筋空心方钢管高强混凝土柱，并对其轴压性能进行了研究。 本文对6根配筋空心方钢管高强混凝土短柱进行了轴压的试验研究，3组构件变化参数分别为钢材壁厚、普通钢筋，通过分析试件的破坏形态、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线来探究组合柱的受力机理。在此试验基础上，选取了适用于新型组合柱的核心混凝土本构关系，采用有限元软件ABAQUS建立了精准的有限元模型，对组合柱受力全过程分析；对钢管、普通钢筋、预应力筋、夹层混凝土以及管柱混凝土各部分分担内力情况以及应力变化情况进行研究，并分析了钢管壁厚、钢材强度、夹层混凝土强度、PHC内钢筋以及空心率等参数对构件受力性能的影响。最后提出适用于新型组合短柱轴压承载力计算公式。 研究发现，配筋空心方钢管高强混凝土轴压短柱发生中部鼓曲破坏，夹层混凝土及管柱混凝土发生剪切、劈裂破坏，增配普通钢筋可以避免或防止此现象的出现。试验中钢管能够达到屈服，混凝土被压碎，部分螺旋箍筋被剪断，各部分材料充分发挥作用。可将配筋空心方钢管高强混凝土轴压短柱的荷载-应变曲线划分为四个阶段：弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化阶段以及下降阶段。钢材对核心混凝土的约束作用主要在角部位置处，中部平板区域基本无约束。随着钢管屈服强度的提高、外层钢管壁厚的增加、夹层混凝土强度增加、增配普通强度钢筋其构件的极限承载能力也随着提高，当组合柱在低钢材强度（355 MPa-420 MPa）、高混凝土强度（60 MPa-80 MPa）时力学性能及经济性能最优异。通过大量的有限元模拟结果与试验结果，所推导出的承载力计算公式与试验值对比吻合良好。
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