摘 要：隨著科技的不斷進(jìn)步，對承載力的要求也越來越高，其鋼管混凝土這種結(jié)構(gòu)形式也越來越受到重視，為了探索鋼管混凝土的潛力，提高鋼管混凝土的強(qiáng)度、減少用鋼量，把新技術(shù)、新材料運(yùn)用到組合結(jié)構(gòu)的新領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：薄壁方鋼管-圓鋼管；超高強(qiáng)混凝土；力學(xué)性能；研究設(shè)想

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.102

1 研究現(xiàn)狀

隨著現(xiàn)代土木工程結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑形式逐漸向高層、大跨、輕量化等方向擴(kuò)展，結(jié)構(gòu)對混凝土強(qiáng)度的要求也越來越高。在我國，一般認(rèn)為強(qiáng)度等級C50以下的混凝土為普通強(qiáng)度混凝土，C60～C90的混凝土為高強(qiáng)混凝土，C100及以上的混凝土為超高強(qiáng)混凝土。與普通中低強(qiáng)度混凝土相比，超高強(qiáng)混凝土可以有效地減輕結(jié)構(gòu)自重、增大使用空間、大量減少材料用量及工程造價(jià)、減少能耗，具有很大的應(yīng)用價(jià)值。但是隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，混凝土的脆性越來越大，延性也越來越差。尤其對于超高強(qiáng)混凝土，在壓力作用下，峰值應(yīng)變與極限應(yīng)變基本重合，應(yīng)力-應(yīng)變曲線幾乎沒有下降段，導(dǎo)致超高強(qiáng)混凝土更容易發(fā)生脆性破壞[1]。為了避免在超高強(qiáng)混凝土發(fā)生脆性破壞，充分利用其優(yōu)勢，可采用薄壁鋼管與超高強(qiáng)混凝土組合的結(jié)構(gòu)模式，將薄壁鋼管和超高強(qiáng)混凝土的優(yōu)勢結(jié)合，充分利用超高強(qiáng)混凝土的高抗壓性能和薄壁鋼管的抗拉變形能力，大幅度提高薄壁鋼管約束超高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的承載力和延性，進(jìn)一步推動超高強(qiáng)混凝土在土木工程中的應(yīng)用。

目前國、內(nèi)外規(guī)范中尚無有關(guān)專門針對薄壁鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)及施工的規(guī)定。但是，對薄壁鋼管混凝土的研究工作才剛剛起步，各方面的研究還非常不成熟，需要進(jìn)一步做大量的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，對其進(jìn)行不斷的完善。

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)大多用于高層和超高層建筑作為承重柱，主要承受軸力作用為防止因?yàn)楹附右鸷癖阡摴馨l(fā)生層狀撕裂，考慮采用高強(qiáng)薄壁鋼管，并且在鋼管混凝土工程中采用薄壁鋼管，可以減少鋼材用量，減輕焊接工作量，達(dá)到降低工程造價(jià)的目的[2]，同時(shí)鋼管約束作用，使得鋼管在施工過程中可以充當(dāng)混凝土的模板，免去拆除模板的工序，提高施工效率。

隨著科技的不斷進(jìn)步，混凝土結(jié)構(gòu)高度和跨度的不斷增加，混凝土材料科學(xué)已經(jīng)發(fā)展到了一個(gè)新的高度，從我國可持續(xù)發(fā)展的基本國策和建設(shè)節(jié)約型社會的要求來看，超高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用不僅能夠減少混凝土的用量，經(jīng)濟(jì)效益可觀，而且可節(jié)約大量不可再生的寶貴資源，降低能耗，減輕對環(huán)境的污染，社會效益顯著?？梢?，提出應(yīng)用超高強(qiáng)混凝土是符合社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的，也是符合我國國情需要的，同時(shí)更加符合技術(shù)進(jìn)步的需要。

但是，隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高，混凝土的脆性越來越大，構(gòu)件的延性也越來越差，為了改善超高強(qiáng)混凝土容易發(fā)生脆性破壞的弱點(diǎn)。同時(shí)，對于薄壁空心鋼管來說，它的承載力極其不穩(wěn)定，且對局部缺陷非常敏感，容易發(fā)生屈曲失穩(wěn)破壞[3]。針對上述問題，提出應(yīng)用薄壁鋼管對超高強(qiáng)混凝土進(jìn)行約束，不僅能從根本上改變構(gòu)件在整體結(jié)構(gòu)中的受力機(jī)制，延緩混凝土受壓時(shí)的縱向開裂，同時(shí)也能夠充分利用混凝土的高抗壓性能和鋼材的抗拉性能，使得超高強(qiáng)混凝土的作用延緩薄壁鋼管的局部失穩(wěn)，其相互作用改善其自身缺陷，從而大幅度超高強(qiáng)混凝土構(gòu)件的承載能力和延性。

2 研究內(nèi)容

（1）收集資料。收集國內(nèi)外關(guān)于薄壁鋼管的應(yīng)用現(xiàn)狀，及超高性能混凝土的應(yīng)用及配比情況的相關(guān)研究和試驗(yàn)資料，合理設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，保證項(xiàng)目研究內(nèi)容處于國內(nèi)外領(lǐng)先水平；

（2）薄壁方鋼管-圓鋼管約束超高強(qiáng)混凝土柱軸心受壓性能研究。

從試驗(yàn)和理論兩個(gè)方面對薄壁方鋼管-圓鋼管約束超高強(qiáng)混凝土柱軸心受壓性能進(jìn)行研究。

①試驗(yàn)研究。考慮不同薄壁方鋼管壁厚、不同超高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度等級、不同挖空率和內(nèi)置圓鋼管壁厚等參數(shù)的影響，設(shè)計(jì)軸心受壓組合柱的試驗(yàn)方案，觀察其破壞模式，分析其工作機(jī)理、給出試驗(yàn)過程的荷載-應(yīng)變曲線、荷載-位移曲線等，從而確定試驗(yàn)研究情況下各種參數(shù)影響的軸心受壓承載力。

②理論研究。根據(jù)薄壁方鋼管和圓鋼管的受力特點(diǎn)以及超高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能，從理論上建立薄壁方鋼管-圓鋼管超高強(qiáng)混凝土軸心受壓承載力計(jì)算公式和變形計(jì)算公式，并將理論結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。

（3）薄壁方鋼管-圓鋼管約束超高強(qiáng)混凝土柱偏心受壓性能研究。

①試驗(yàn)研究?？紤]不同薄壁方鋼管壁厚、不同超高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度等級、不同挖空率、內(nèi)置圓鋼管壁厚和不同偏心距等參數(shù)對偏心受壓構(gòu)件的影響，從而設(shè)計(jì)偏心受壓組合柱的試驗(yàn)方案，觀察其破壞模式，分析其工作機(jī)理、給出試驗(yàn)過程的荷載-應(yīng)變曲線、荷載-位移曲線等，從而確定試驗(yàn)研究情況下各種參數(shù)影響的偏心受壓承載力。

②理論研究。根據(jù)薄壁方鋼管和圓鋼管的受力特點(diǎn)以及超高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能，并參考偏心受壓理論，從理論上建立薄壁方鋼管-圓鋼管超高強(qiáng)混凝土偏心受壓承載力計(jì)算公式和變形計(jì)算公式，并將理論結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。

（4）薄壁方鋼管-圓鋼管約束超高強(qiáng)混凝土柱受彎性能研究。

①試驗(yàn)研究?？紤]不同薄壁方鋼管壁厚、不同超高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度等級、不同挖空率和內(nèi)置圓鋼管壁厚等參數(shù)的影響，設(shè)計(jì)研究組合柱受彎性能的試驗(yàn)方案，觀察受彎作用情況下，組合柱的破壞模式，分析其工作機(jī)理、給出試驗(yàn)過程的荷載-應(yīng)變曲線、荷載-位移曲線等，從而確定試驗(yàn)研究情況下各種參數(shù)影響的組合柱受彎性能。

②理論研究。根據(jù)薄壁方鋼管和圓鋼管的受力特點(diǎn)以及超高強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能，并參考構(gòu)件受彎性能理論，從理論上建立薄壁方鋼管-圓鋼管超高強(qiáng)混凝土柱受彎構(gòu)件的承載力計(jì)算公式和變形計(jì)算公式，并將理論結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉連鵬.圓鋼管約束型鋼超高強(qiáng)混凝土短柱軸壓受力性能研究[D].大連理工大學(xué)，2015.

[2]張翔.薄壁鋼管混凝土梁柱力學(xué)性能試驗(yàn)研究[D].浙江大學(xué)， 2010.

[3]金周.薄壁鋼管混凝土短柱基本力學(xué)性能研究[D].華僑大學(xué)， 2008.

作者簡介：哈娜（1981-），女，遼寧沈陽人，博士生。