薄壁不銹鋼管輕質混凝土柱受壓性能研究進展報告

 浙江至德鋼業有限公司對近年來薄壁不銹鋼管輕質混凝土柱受壓性能的相關研究工作進行了簡介，整理出一些有關薄壁鋼管局部屈曲和極限承載力的計算方法，最后提出薄壁鋼管輕質混凝土柱受壓性能進一步的研究方向。薄壁不銹鋼管輕質混凝土中的“薄壁鋼管”是指徑厚比或寬厚比大于空鋼管局部穩定限值的1.5倍或者厚度小于3mm的鋼管。采用含鋼率相對更低的薄壁不銹鋼管混凝土可以更好地落實我國在建筑中合理使用鋼材的相關產業政策，進一步提高鋼材的利用效率，減少鋼材用量，降低工程造價。另外，為了適應工程結構輕質、高強的發展要求，輕質混凝土的應用前景日益廣闊。輕質混凝土自重輕，但同時也有強度低、彈性模量較小的缺點。薄壁鋼管和輕質混凝土之間的相互約束作用，可以使薄壁鋼管的局部屈曲得以延緩，同時亦可改善輕質混凝土的受壓性能。在輕型結構中應用薄壁鋼管輕質混凝土構件可以充分發揮兩種材料的優點。近幾年來，薄壁鋼管輕質混凝土柱受壓性能的相關研究有了一定進展，本文從薄壁鋼管混凝土、鋼管輕質混凝土、薄壁鋼管輕質混凝土三個方面對其進行綜合論述。

一、薄壁不銹鋼管混凝土柱受壓性能的研究進展

 劉武通等通過3根等尺寸薄壁不銹鋼管混凝土柱的靜力試驗，研究了套箍系數、偏心率對鋼管混凝土柱力學性能的影響，試驗結果顯示：偏心率越小，薄壁不銹鋼管縱向應變所對應的環向應變越大，鋼管對混凝土的套箍效應越明顯，承載力越高，橫向變形能力越差。另外，通過承載力試驗值與根據幾本規程所得計算結果的對比分析，建議優先選用規程CECS 28:2012作為設計依據。

 劉慶施等以含鋼率、核心混凝土強度、礦渣塊體取代率為參數進行了12根薄壁不銹鋼管礦渣混凝土短柱的軸壓試驗，分析了各個試件的破壞過程，探討了各參數對軸壓承載力的影響程度。試驗結果表明：所有試件均發生了剪切破壞，且都有較高的承載力和后期變形能力；核心混凝土強度、含鋼率、礦渣塊體取代率對承載力的影響程度依次降低。侯紅偉等闡述了薄壁矩形鋼管混凝土軸壓柱的局部屈曲性能；并假設鋼管壁的內側受到混凝土的徑向壓力，在非加載邊受到彈性約束，得到了軸壓作用下矩形鋼管混凝土柱的臨界寬厚比公式。

 賴伶通過薄壁不銹鋼管混凝土柱軸壓試驗發現：加勁鋼管混凝土試件局部屈曲現象的產生一般晚于無肋鋼管混凝土，局部屈曲的發展速度與加勁肋剛度成反比；對于未充分加肋試件，板件在達到極限承載力之前產生屈曲變形；試件截面的寬厚比越小，在達到極限承載力后的下降段越平緩；加載方式對薄壁方鋼管混凝土軸壓承載力影響較大。

 張鳳杰等對9根不同鋼材強度、不同鋼管厚度、不同試件高度的圓鋼管混凝土柱試件進行了試驗研究，試驗結果表明：薄壁不銹鋼管混凝土柱的延性隨含鋼率的提高而增強；在達到極限承載力后有明顯的荷載下降段，直至達到某一荷載值后持續變形，持載一段時間后均表現為試件變形突然增大而失效；規程CECS 28:2012的相關公式依然適用于薄壁圓鋼管混凝土柱構件，但計算結果較保守。

二、鋼管輕質混凝土柱受壓性能研究進展

 韓帥進行了24根鋼管微膨脹輕骨料混凝土短柱軸壓試驗，通過試驗結果分析得知：試件的組合強度和剛度隨含鋼率和混凝土強度的提高而增大；摻加適量膨脹劑能夠增強鋼管對輕骨料混凝土的緊箍作用，進一步提高承載力。另外，通過數據擬合得出三向應力狀態下微膨脹輕骨料混凝土的強度準則。王新堂等分析了膨脹劑摻量、含鋼率、受火條件對鋼管自應力陶?；炷炼讨馂暮罅W性能的影響。試驗結果表明：自應力大小對火災后承載力的影響程度與含鋼率有關，初始自應力對含鋼率較低試件的火災后性能的改善效果更加顯著；含鋼率越高，火災后鋼管自應力陶?；炷凛S壓短柱延性越好。

 傅中秋等較為深入地探討了偏心率對鋼管輕集料混凝土柱受壓性能的影響。其試驗結果表明：偏心率越大，鋼管輕集料混凝土柱縱向應變發展速度越快；試件破壞時橫截面的受壓區高度隨偏心率增大而減小，中和軸逐漸向偏心一側移動；鋼管輕集料混凝土延性隨偏心率增大而增大；偏心率與整體穩定性對承載力的影響相互獨立。該學者還對鋼管輕集料混凝土軸壓柱受力性能受長細比的影響進行了研究，結果表明：長細比越小，塑性變形越明顯，材料強度發揮越充分；其它參數條件相同時，承載力隨長細比的增大而減小。

三、薄壁不銹鋼管輕質混凝土柱受壓性能研究進展

 目前，在鋼管混凝土結構體系中同時采用薄壁鋼管和輕質混凝土兩種材料的相關資料仍然較少。肖海兵等運用統一強度理論，推導出三向應力狀態下薄壁不銹鋼管的縱向抗壓強度公式；另外，在考慮輕骨料混凝土與普通混凝土多軸強度準則的差異性的基礎上，推導出薄壁不銹鋼管輕質混凝土軸壓短柱承載力的計算公式。馮濤等中對不設肋、設直肋、設斜肋薄壁方鋼管輕質混凝土軸壓短柱展開有限元分析，得出結論：設肋可有效提高薄壁不銹鋼管輕質混凝土軸壓短柱承載力；鋼管厚度對薄壁方鋼管輕質混凝土軸壓短柱承載力的影響較大；薄壁方鋼管輕質混凝土軸壓短柱中混凝土強度對承載力的影響不如薄壁方鋼管普通混凝土短柱明顯。

四、薄壁不銹鋼管輕質混凝土受壓構件的研究展望

 約束效應略低的薄壁不銹鋼管與抗壓強度略低的輕質混凝土相配合，可達到充分利用兩種材料強度的目的，適用于對受壓承載力要求較低而對構件自重敏感的結構中，有較好的應用前景。目前對薄壁不銹鋼管輕質混凝土受壓構件的研究仍不充分，兩種材料的最優搭配比例和設計參數優化取值、提高長柱和中長柱極限承載力的構造措施及相應的設計計算理論、火災后性能評估等方面的研究仍然欠缺，是未來需要研究的方向。