圆形配筋钢管混凝土桥柱受压力学性能的试验研究

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发布时间：2021-09-05

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圆形配筋钢管混凝土桥柱受压力学性能的试验研究
魏华，王海军
(沈阳工业大学建筑工程学院，辽宁沈阳110870)
摘要：为研究圆形配筋钢管混凝土桥柱的受压力学性能，对中空圆钢管柱、圆钢管混凝土(CFT)柱及配筋圆钢
管混凝土(RCFT)柱进行轴压试验，探讨混凝土强度、钢筋配置的数量和位置、加强肋、钢管的径厚比等对配筋圆
钢管混凝土柱的承载力和变形性能等力学性能的影响。研究表明：(1)对于CFT柱，柱破坏时核心高强混凝土
表现出明显的脆性，柱的极限受压承载力提高，变形性能降低。(2)钢筋的配置提高了核心混凝土的抗剪承载
力，柱破坏时核心混凝土未发生剪切破坏。RCFT柱比中空钢管柱和CFT柱具有更高的承载力和更优的变形性
能。(3)带加强肋的柱破坏时核心混凝土与加强肋密不可分，加强肋对于钢管和核心混凝土的一体化性能有明
显的促进作用，加强肋可提高约束效果，柱的极限受压承载力和延性都有所提高。(4)钢管径厚比越大，对核心
混凝土的约束效果越好。
关键词：配筋钢管混凝土桥柱；核心混凝土；承载力；变形性能；加强肋
中图分类号：TU37 文献标志码：A doi：10．3969／j．issn．1001—8361．2015．01．016
Experimental Study on Compression Performance of
Reinforced Concrete Filled Circular Steel Tubular Bridge Columns
WEI Hua， WANG Hal—jun
(School of Architecture and Civil Engineering，Shenyang University of Technology，Shenyang 110870，China)
Abstract：In order to study mechanical behavior of reinforced concrete filled circular steel tubular columns，axl—
al compression experiments have been performed on hollow steel tube，CFT(concrete filled steel tube) and
RCFT(reinforced concrete filled steel tube)columns to investigate the influences of the concrete strength，ar—
rangement and number of reinforcing bars，ribs and width—thickness ratio on mechanical performance such as
bearing capacity and deformation． The experimental results indicate that：(1) In the case of CFT columns，
when column failure occurs，the core high strength concrete shows obvious brittle nature．The ultimate corn—
pression bearing capacity of the columns increased，while the deformation behavior decreased． (2)In the case
of RCFT columns，reinforcements can effectively increase the shear bearing capacity of core concrete，shear
failure of core concrete has not occurred when column failure occurs．The RCFT columns show better compres—
sion bearing capacity and deformation performance than hollow steel tube and CFT columns．(3) If the steel
tube of RCFT ／CFT columns iS reinforced with ribs，the core concrete and steel tubes are inseparable upon col—
umn failure．The reinforced ribs can significantly increase the integration performance between the steel tubes
and the core concrete，and improve the confinement effect，ultimate compression bearing capacity and ductility
of columns．(4)The greater the width—thickness ratio of stee1 tubes iS，the better confinement effect the core
concrete will have．
Key word：RCFT bridge column；core concrete；bearing capacity；deformation behavior；reinforced ribs
收稿日期：2013-12—12：修回日期：2014—01-03
基金项目：沈阳市科技计划(F13-316-1—43)
第一作者：魏华(1973一)，女，山西交城人，副教授，博士。
E—mail：weiflowerl973@ aliyun．com
通讯作者：王海军(1972～)，男，河北河间人，教授，博士。
E—mail：wang— navy@hotmail．com
铁路运输的蓬勃发展对铁路桥梁提出大跨、重载、
高跨的时代要求。钢管混凝土结构是在钢管内填充普
l
通混凝土，将两种不同性质的材料组合形成的新型复
合结构，利用钢和混凝土两种材料在受力过程中的相

第1期魏华等：圆形配筋钢管混凝土桥柱受压力学性能的试验研究 1O7
1．2 试验方法及测试项目
试验在2 940 kN 的试验机上以荷载控制方式进
行，加载速度5．88 kN／s，荷载增量196 kN，荷载达到
1 176 kN后每级重复3次加载。测试项目包括柱试
件上端位移4点、核心混凝土中心部位应变1点及钢
管表面应变12点。残留承载力达到最大承载力的
8O 或试件最大位移达到80 mm 时结束。试验数据
由自动采集系统连续采集。试验装置、加载制度及测
试位置见图3。
2 试验结果及分析
试验得出的柱试件极限受压承载力、约束效果及
延性系数见表1、表2。单纯累加承载力为中空钢管柱
试件与混凝土(或钢筋混凝土)柱试件的极限受压承载
力之和；约束效果为柱试件的极限受压承载力N 与
单纯累加承载力N。的比值，延性系数为柱试件达到最
大承载力时的位移与试件达到屈服时的位移的
比值。
表1 混凝土和钢筋混凝土柱试件的极限受压承载力
从表1、表2可以看出，钢管厚度为3．2 mrrl的
CFT、RCFT柱试件的约束效果最佳，因为和厚度较大
钢管相比，厚度较小的钢管抗屈曲性能较差，在钢管中
充填混凝土后其承载力大幅度增加；极限受压承载力
随着钢管厚度的增大而增大，钢管径厚比越小，延性系
数越大，因为钢管的厚度越大，其韧性表现越好，延性
系数越大；二重配筋RCFT柱试件和保护层厚度较大
的RCFT柱试件以及保护层厚度较小的RCFT柱试
件的约束效果差异不大，说明配筋对约束效果的影响
很小；保护层厚度较大的RCFT柱试件和保护层厚度
较小的RCFT 柱试件相比，极限受压承载力差别不
大，说明保护层的厚度对于承载力影响不大；保护层厚
度较小的RCFT柱试件的延性系数比保护层厚度较
大的RCFT柱试件略高。
表2 中空钢管、CFT、RCFr柱试件的
极限受压承载力、约束效果及延性系数
注：表中试件编号，“N”代表无加强肋钢管；⋯R’代表有加强肋钢管；
“32”、“45”、“60”分别代表钢管厚度为3．2、4．5、6．o mm；“CH”代表
中空钢管；“HM”代表高强混凝土；“LM”代表低强混凝土；“LB”代
表保护层厚度较小的单层配筋混凝土；“LS”代表保护层厚度较大的
单层配筋混凝土；“Lw”代表二重配筋混凝土；“C”代表柱试件。
图4为钢管厚度3．2、4．5、6．0 mm 的无加强肋柱
试件和钢管厚度6．0 mm 的有加强肋柱试件的荷载一
位移骨架曲线。从表1、表2中可知，高强混凝土充填
钢管柱试件的极限受压承载力得到提高，延性系数变
小，图4解释了这一现象。从图4可以看出，高强混凝
土充填钢管柱试件在达到极限受压承载力后骨架曲线
急剧下降，表现出很明显的脆性破坏现象，而后随着一
定程度的软化，钢材表现出较强的韧性，承载力再度上
升。钢管的厚度越大，所表现出的韧性越强，特别需要
指出的是，有加强肋CFT柱试件在达到极限受压承载
力后钢材的软化程度较缓，承载力降低程度减小。和
高强度混凝土充填试件相比，低强度混凝土充填
RCFT、CFT柱试件在达到极限受压承载力后，骨架