方钢管、高强箍筋双重约束下混凝土柱强度取值研究

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发布时间：2021-09-11

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方钢管、高强箍筋双重约束下
混凝土柱强度取值研究
张海，王龙，王玉良，郝晓飞
(天津城建大学土木工程学院，300384，天津)
摘要：为深入探究双重约束下混凝土柱的受力性能，分析钢管和高强箍筋单独约束下混凝土正截面受
力机理，在此基础上研究方钢管、高强箍筋双重约束混凝土的受压性能，利用叠加原理和数据线性拟合方法提
出双重约束混凝土柱正截面抗压强度取值计算公式。通过试验验证，采用该方法计算结果与试验值较接近。
关键词：方钢管混凝土柱；双重约束；正截面强度；叠加原理
中图分类号：TU 398 文献标志码：A 文章编号：1000—4726(2014)12—1091—03
STUDY oN VALUE oF CoNCRETE STRENGTH CoN】踟D BY BoTH 唧SQUARE STEEL
TUBULAR AND HIGH—STRENGTH ST【RRUPs
ZHANG Hai。W ANG Long．WANG Yu—liang，HAO ×iao-fei
(School of Civil Engineering，Tianjin Chengjian University，300384，Tianjin，China)
Abstract： In order to delve into the behavior of concrete column under the double constraints force
performance ，analysis of the mechan ical behavior of concrete confined alone by the square steel tubular and
high-strength stirrups． then study on the value of the eonerete mechanical perform ance confined by both the
square steel tubular and high-strength stirrups．According to the principle of superposition and linear data
fitting method， come up with the simple formula of the concrete flexure strength confined by the double
restraints．Through experimental verification， it shows that the calculation results are close to the test value．
Key words：concrete-filled square steel tube column；double restraints；cross-section strength；principle
of superposition
约束混凝土是指利用外部约束改善自身原有受压
特性，以提高抗压强度及延性的混凝土。自1897年美国
John Lal!y首次在圆钢管中填充混凝土(Lally柱)作为
房屋建筑的承重柱以来[1]，钢管约束混凝土得到了长
足发展。高强螺旋箍筋约束混凝土是随高强材料的出
现而提出的，有关研究[2-43表明，高强螺旋箍筋能对混
凝土产生有效的约束作用，解决混凝土的高脆性问题
并提高混凝土柱的承载力和变形性能。随着超高层建
筑结构的发展，钢管与螺旋箍筋双重约束混凝土虽不
断被人提及，但目前研究仍较少。
本文通过分析混凝土在钢管和螺旋箍筋单独约束
下的作用机理，给出双重约束下核心混凝土正截面强
度取值公式。并通过试验数据验证其准确性。
1 混凝土在单独约束作用下的工作机理
1．1 钢管约束混凝土机理分析
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构
收稿日期：2014—08—17
基金项目：天津市应用基础与前沿技术研究计划(12JCQNJC05300)；天
津市中青年骨干创新人才培养计~lj(02130202)
作者简介：张海(1977一)，男，河北宁晋人，副教授，博士，e—mail：zhanghai@
tju．edu．cn．
件。由于钢管混凝土结构能充分发挥钢管与混凝土两
种材料的特点，且具有强度高、重量轻、抗震性能好等
优点。近年来在高层建筑结构中得到了较多应用。钢管
混凝土在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上
演变而来，其受力原理主要有两点：(1)内填混凝土提
高了外部钢管壁的稳定性；(2)钢管对其内部核心混凝
土的约束作用使混凝土处于三向受力状态，提高了混
凝土的抗压强度和抵抗压缩变形能力 ]。
目前，研究较多的钢管混凝土结构为内填素混凝
土。不少中外学者已对其正截面受力性能进行了较深
入研究。理论也较完善和成熟，常用计算方法如下。
(1)统一理论法[6]：把钢管混凝土视为一种统一
的组合材料，用构件的整体几何特性(全截面面积和抵
抗弯矩等)和钢管混凝上的组合性能指标来计算构件
的各项承载力，不再区分钢管和混凝土。
(2)拟钢理论法[7]：将混凝土折算成钢，再按钢结
构规范的模式进行分析计算，此方法是在不改变钢管
截面面积的条件下。将填充混凝土作为对钢管混凝土
的屈服强度和弹性模量的提高，以此来换算求得等效
钢管的性质，并以等效钢管构件的承载力作为钢管混
凝土构件的承载