配螺旋箍筋方钢管混凝土柱力学性能研究_陈志华_杜颜胜

配螺旋箍筋方钢管混凝土柱力学性能研究_陈志华_杜颜胜_周婷

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发布时间：2022-04-08

资料介绍

为了研究配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的力学性能，在试验基础上应用 ABAQUS 软件建立了方钢管混凝
土柱的有限元模型，对比分析了配螺旋箍筋方钢管混凝土柱与普通方钢管混凝土柱的力学性能，得到螺旋箍筋对
混凝土具有约束加强作用的影响规律。在此基础上，进一步对配螺旋箍筋方钢管混凝土柱进行参数化分析，研究
了混凝土强度等级、螺旋箍筋间距、螺旋箍筋直径、螺旋箍筋强度等级对配螺旋箍筋方钢管混凝土柱轴压承载力的
影响。结果表明: 提高混凝土强度等级、减小螺旋箍筋间距和增大直径均能有效提高配螺旋箍筋方钢管混凝土柱
的轴压承载力，而改变螺旋箍筋强度等级对提高配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的轴压承载力效果不明显; 配螺旋箍
筋方钢管混凝土柱的轴压承载力与其用钢量近似成正比关系。在相关规范的基础上，推导了适用于配螺旋箍筋方
钢管混凝土柱的轴压承载力计算公式，并验证了其合理性。［关键词］螺旋箍筋; 方钢管混凝土柱; 力学性能; 参数分析; 计算方法
中图分类号: TU398 + ． 7 文献标识码: A 文章编号: 1002-848X( 2015) 20-0028-06
Study on mechanical performance of spiral stirrup-confined concrete-filled
square steel tubular columns
Chen Zhihua1，Du Yansheng1，Zhou Ting2 ( 1 School of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China;
2 School of Architecture，Tianjin University，Tianjin 300072，China)
Abstract: For investigating the mechanical performance of spiral stirrup-confined concrete-filled square steel tubular
columns ( CFTs) ，finite element models were established by ABAQUS software based on the tests．Ｒestraint strengthening
effect laws of spiral stirrup on concrete were obtained through comparison of spiral stirrup-confined CFTs and general CFTs．
Parametric analyses were carried out on spiral stirrup-confined CFTs to study influences of concrete strength，spiral stirrup
spacing，spiral stirrup diameter and spiral stirrup strength grade on axial compression capacity．Ｒesults show that increase
of both concrete strength and stirrup diameter and decrease of stirrup spacing can enhance the axial compression bearing
capacity of spiral stirrup-confined CFTs，whereas the increase of stirrup strength grade is helpless． The relation between
steel quantity and axial compression bearing capacity of spiral stirrup-confined CFTs is linear basically． Based on relevant
codes，the axial compression calculation formulas for spiral stirrup-confined CFTs were deduced and verified．
Keywords: spiral stirrup; concrete-filled square steel tubular column; mechanical performance; parametric analysis;
calculation method
* 国家自然科学基金( 61272264) 。
作者简介: 陈志华，博士，教授，博士生导师，Email: zhchen@ tju． edu． cn。 0 引言
按照截面形式，钢管混凝土可以分为方形钢管混
凝土( 简称方钢管混凝土) 、矩形钢管混凝土、圆形钢
管混凝土( 简称圆钢管混凝土) 和多边形钢管混凝土，
其中方钢管混凝土和圆钢管混凝土最为常见。相比
圆钢管混凝土，方钢管混凝土具有延性好、节点施工
方便，且更加便于建筑布置等优点。然而方钢管对混
凝土约束作用不强，且管壁更加容易屈曲，使得其承
载力低于圆钢管混凝土，从而限制了其应用。
针对方钢管混凝土的特点，施工中往往在钢管
内部焊接栓钉或加劲肋以延缓钢管屈曲，但这并不
能有效增强方钢管混凝土的强度。文献［1］～［4］
开展了钢管混凝土内配钢筋的研究，即施工时将钢
筋绑扎后放置在钢管内部，然后浇灌混凝土，此种结
构也可以看作是外套钢管的钢筋混凝土结构。配筋
钢管混凝土结构继承了钢管混凝土的优点，同时内
配钢筋又提高了钢管混凝土的承载能力，也增强了
钢管混凝土的耐火性能。因此，配钢筋钢管混凝土
结构具有良好的应用前景。
中新天津生态城公安大楼项目( 图 1) 在设计和
建设中采用了配螺旋箍筋方钢管混凝土柱( 图 2) 。
为了全面了解配螺旋箍筋方钢管混凝土柱的力学性
能，本文在已有试验基础上，利用 ABAQUS 软件对
配螺旋箍筋方钢管混凝土柱进行数值模拟，进而对
其进行参数化分析，推导出适用于配螺旋箍筋方钢
管混凝土柱的计算公式。