摘要
配筋空心钢管高强混凝土柱是在空心钢管混凝土柱基础上发展而来的组合构件，采用高强混凝土能够显著提升构件的极限承载力，而配置钢筋又能明显改善构件的延性。本文研究的配筋空心方钢管高强混凝土组合构件应用领域主要是针对使用有较高要求的民用单层厂房结构或抗震设防要求较高地区的单层厂房结构。配筋空心方钢管高强混凝土柱符合工厂化、标准化的生产施工要求，在取得良好的经济效益的同时又具有可靠的力学性能，具有一定的研究价值，符合国家建筑工业化发展的战略布局。 本文对5个配筋空心方钢管高强混凝土偏心受压中长柱进行了试验研究，分析了构件在各级荷载下的试验现象，并研究了组合构件的荷载-跨中挠度关系曲线、钢管的荷载-应变关系曲线、中性轴移动规律曲线及荷载-侧向挠度关系曲线。在试验研究的基础上结合ABAQUS软件对组合构件的受力机理进行了研究，分析了管柱混凝土、夹层混凝土和钢管及钢筋在不同特征点处的分担内力情况。通过参数分析研究了含钢率、偏心率、钢管屈服强度、混凝土强度、空心率、钢筋配置情况及长细比对构件力学性能的影响，并给出了设计建议。最后，在课题组已有研究的基础上，推导了配筋空心方钢管高强混凝土偏心受压中长柱的承载力计算公式。 经过试验研究发现，配筋空心方钢管高强混凝土偏心受压中长柱主要在受压侧L/4、L/2及3L/4截面处发生破坏，钢管在受压侧出现环形鼓曲现象，受压侧混凝土被压碎，组合构件发生了强度破坏，构件的整体变形符合压弯构件的变形特征。通过定义特征点将构件的受力全过程分为四个不同受力阶段，在弹性阶段和弹塑性阶段钢管和夹层混凝土分担内力比例要明显高于管柱混凝土分担内力比例，而在塑性强化阶段和下降阶段管柱混凝土发挥的作用越来越明显，但在整个受力过程中钢管和夹层混凝土始终发挥着主要作用。在构件达到极限承载力时，受压侧普通纵筋发生屈服而预应力钢筋并未达到屈服强度。通过参数分析得知，提升普通纵筋直径、纵筋配置率或箍筋直径可以显著改善构件延性，而提升混凝土强度和钢管壁厚可以显著提升构件的极限承载力。当混凝土强度在 70~90MPa ，钢管屈服强度在 355~390MPa ，含钢率在9.8%~15.4%时，组合构件在保证力学性能的同时又能够发挥可观的经济效益。最后，在统一理论的基础上结合经验系数法对组合构件承载力公式中的相关系数进行了修正，并将有限元分析结果和公式计算结果进行了对比，证明了公式的准确性。
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