钢管纤维混凝土短柱轴压承载力计算分析

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发布时间：2021-09-12

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钢管纤维混凝土短柱轴压承载力计算分析
李杉，卢亦焱，李娜，陈娟
(武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉430072)
摘要：钢管钢纤维高强混凝土柱是一种新型的结构．普通钢管混凝土短柱的承载力计算公式不能满足钢管
钢纤维高强混凝土短柱的需要．在对7根钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根钢管高强混凝土短柱试验的基础
上，对其承载力进行了理论分析．推导了钢管钢纤维高强混凝土短柱极限承载力的理论计算公式，对其影响
因素进行了分析，给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱极限承载力的简化计算公式．公式的计算结果与试验结
果吻合较好，可供工程设计参考．
关键词：钢管混凝土；钢纤维；短柱；极限承载力
钢管混凝土结构充分发挥了钢管和混凝土两种
材料的作用，具有承载力高、延性好、韧性高、耐冲击
等优点．近十几年来，钢管混凝土正越来越多地应用
于高层建筑、桥梁和大型工业厂房等结构中，取得了
显著的社会效益和经济效益¨ ．然而，近年来的研
究表明：当钢管高强混凝土柱的套箍系数较低时，轴
压和反复弯压荷载作用下其核心混凝土呈脆性破
坏，并且钢管高强混凝土柱的延性较低；这与套
箍系数相近的钢管普通强度混凝土柱的性能明显不
同．因此，在保证核心混凝土强度的同时，提高核
心混凝土的延性非常重要．
鉴于此，结合钢纤维混凝土的特点，卢亦焱等提
出了采用钢纤维来改善核心高强混凝土的脆性，进
而达到提高钢管高强混凝土延性的目的，在此基础
上，进行了钢管钢纤维高强混凝土的短柱轴压研究，
结果表明掺人钢纤维显著提高了钢管高强混凝土柱
的延性，延缓了破坏．这与文献[10—13]的研
究结果是一致的．另外，掺入钢纤维还可以显著提高
钢管混凝土柱的抗火性能；将钢纤维掺人钢管
混凝土梁中，可提高其承载力¨ ．钢纤维的流动性
对钢管混凝土结构的浇筑非常重要．王玉宝等的
研究表明，钢纤维体积掺量约为1．5％可满足钢管
自密实钢纤维混凝土浇筑要求¨ ．目前，对钢管钢
纤维混凝土结构的研究还不系统、不充分，需要对
这种新型结构进行大量的试验研究和科学系统的
分析．
笔者在对钢管钢纤维高强混凝土轴压短柱进行
试验研究的基础上，着重研究了钢纤维高强混凝土
轴压短柱承载力的计算公式．
1 试验概况
试验共浇筑10根试件，其中7根为钢管高强钢
纤维混凝土试件，3根为钢管高强混凝土试件．试验
考虑的混凝土强度等级为C50，C60，C70．钢纤维采
用国内某公司生产的0．5 mm×0．5 mm×30．0 mm
切断弓形钢纤维，体积掺量为0．6％，0．9％，1．2％．
考虑3种试件尺寸，试件高度均为393 mm，外径
(D)×壁厚(t)分别为131 mm ×4 mm，129 mm×
3 mm，127 mm×2 mm，3种尺寸的钢管试件均由截
面尺寸为外径133 mm、壁厚5 mm 的无缝钢管加工
制作．通过试验得到钢管屈服强度为300 MPa，极限
强度为416．9 MPa．所有试件在5 000 kN试验机上
进行轴压试验，采用分级加载方式，临近极限荷载时
慢速连续加载，试验结果见表1．详细试验情况参见