鋼管混凝土拉彎力學(xué)性能研究綜述

樂生煊，阮云凱

福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建 福州 350108

1 引言

隨著生產(chǎn)力水平的提高，鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)受到廣泛應(yīng)用，在工程實踐中常常可以看到鋼管混凝土構(gòu)件受到拉彎作用，如產(chǎn)房建筑中雙肢柱的拉肢在吊車荷載作用下即承受偏拉荷載作用，從而產(chǎn)生拉彎現(xiàn)象?？墒呛?nèi)外對鋼管混凝土拉彎力學(xué)性能的研究還是比較少，所以本文闡述了當(dāng)前鋼管混凝土結(jié)構(gòu)拉彎力學(xué)性能研究狀況及研究方向。

2 鋼管混凝土構(gòu)件概述

2.1 鋼管混凝土構(gòu)件的定義及分類

通常把混凝土填入到鋼管中而構(gòu)成的組合構(gòu)件稱之為鋼管混凝土［1］，鋼管和中心混凝土一起承擔(dān)外力作用的新興構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)主要受力方式是軸心受壓與偏心受壓，被普遍運用于框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中。

鋼管混凝土構(gòu)件在工程實踐中最普遍的分類方式是按橫截面形狀進行分類，以圓形、矩（方）形、多邊形這三種為主［2］。

2.2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢

由上述的定義可知鋼管混凝土是將鋼管與混凝土相互結(jié)合起來的結(jié)構(gòu)，所以二者的結(jié)合不僅能夠互補了二者的弱項，而且還能夠施展彼此強項，這促使鋼管混凝土與其他結(jié)構(gòu)相比擁有較多的優(yōu)勢：

（1）承載性能較強

（2）防火抗震性能較好

（3）經(jīng)濟耐久性高

（4）施工和制作簡便

3 鋼管混凝土拉彎性能研究現(xiàn)狀

堯國皇（2006）［3］和韓林海（2007）［4］分析了鋼管混凝土軸向拉力與拉彎時工作機理。分析表明：鋼管混凝土受軸拉時候內(nèi)部的混凝土能夠分擔(dān)一些縱向拉應(yīng)力；同時因為內(nèi)部混凝土的支撐效果讓鋼管的徑向收縮得到放慢，讓鋼管的功能能夠得到足夠的施展。

Lin-Hai Han，F(xiàn)ei-Yu Liao 等人（2011）［5］通過充填混凝土在電流測試測得鋼管混凝土試件的抗拉強度比空心鋼管提高了大約11%。填充混凝土構(gòu)件混凝土抗拉強度略高于成員充滿了自填充混凝土，并建立了有限元模型。并且得出了計算鋼管混凝土結(jié)構(gòu)軸心抗拉強度的簡化式子，并與實驗所得的結(jié)論符合。

徐嫚等人（2013）［6］研究并分析了兩個鋼管混凝土柱-鋼梁剛性節(jié)點的試驗，研究結(jié)果表明：節(jié)外點在實驗經(jīng)過中出現(xiàn)集體彎曲變形，沒有顯著的部分屈曲等毀壞情況，能夠產(chǎn)生懸鏈線作用；由拉彎關(guān)系曲線可以看出來當(dāng)拉力提高，他抗彎能力不停減小，但是在剛開始的時候減小不明顯。

Wei Li 等人（2015）［7］為了研究鋼管混凝土構(gòu)件的偏心受拉力學(xué)性能，對鋼管混凝土偏拉結(jié)構(gòu)做相對應(yīng)的試驗，運用有限元模型來模擬試樣的拉伸性能。得出以下結(jié)論：鋼管混凝土受拉構(gòu)件在鋼管內(nèi)有效工作時，離心鋼管混凝土軸壓拉伸構(gòu)件的破壞模式是包含了伸長和整體彎曲。所有偏心加載的復(fù)合材料的試件產(chǎn)生較大變形現(xiàn)象，最終旋轉(zhuǎn)超過0.1 弧度。

應(yīng)錚（2016）［8］文中提到RPC 可以提高普通混凝土限制鋼管徑向收縮作用，并且還能夠連續(xù)分擔(dān)拉力來避免在鋼管屈服前被拉斷掉。因此針對目前鋼管混凝土桁梁面臨的管內(nèi)鋼管混凝土受拉性能差這一現(xiàn)象，從而提出了用內(nèi)填RPC 來代替普通混凝土能夠有效的改善結(jié)構(gòu)的缺點。同年，方小丹［9］通過用七個高強的鋼管混凝土剪力墻進行受拉性能實驗，研究表明：通過增大主管面積、增加鋼管高強混凝土用量及提高豎向分布鋼筋配筋率，都能夠增強鋼管高強混凝土剪力墻受拉承載力。

路博（2019）［10］應(yīng)用波紋鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在純彎下的受力特點進行試驗研究。研究表明：因為有波紋的原因會明顯改善鋼管的局部穩(wěn)定性，并且因為鍍鋅波紋鋼管的防腐蝕性能較好，顯著增加了鋼混構(gòu)件的耐久性，大大降低了所需要的維護費用，從而擁有良好的應(yīng)用前景。

4 展望

綜上所述，還應(yīng)從下面幾個方向展開對鋼管混凝土的拉彎力學(xué)性能的研究探討：

（1）目前對鋼管混凝土柱-鋼節(jié)點在拉力和彎矩一起受力作用下的研究不多，規(guī)范也沒有給出相應(yīng)的設(shè)計條文。所以進一步對鋼管混凝土柱-鋼節(jié)點，在拉力和彎矩作用下的剛度變化、形變發(fā)展過程和破壞模式的研究是很有必要。

（2）目前鋼管混凝土構(gòu)件于氯鹽腐蝕、荷載耦合影響后展開靜力性能研究還是處在初步階段。其受力方式只是軸心受拉和壓彎，未來在相關(guān)方面試驗可以對復(fù)合的受力形式下展開研究。

（3）現(xiàn)有的鋼管混凝土拉彎、偏拉方面的力學(xué)性能研究集中于有限元分析，相關(guān)試驗的研究較少，所以應(yīng)加強相關(guān)的實驗研究。