高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱的轴压力学性能

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.210463

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (7): 1-12.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.210463

所属专题： 2022年土木建筑工程

高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱的轴压力学性能

康澜^1,² 陈宗霖¹ 林益伟¹

^1.华南理工大学土木与交通学院, 广东广州 510640
^2.华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室, 广东广州 510640

收稿日期:2021-07-21 出版日期:2022-07-25 发布日期:2021-11-26
通信作者: 康澜（1980-），女，博士，副教授，主要从事钢结构和组合结构研究。 E-mail:ctlkang@scut.edu.cn
作者简介:康澜（1980-），女，博士，副教授，主要从事钢结构和组合结构研究。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(52178286);广东省现代土木工程技术重点实验室资助项目(2021B1212040003)

Axial Compression Behavior of High-Strength Circular Steel Tube Confined High-Strength Steel Reinforced Concrete Short Columns

KANG Lan^1,² CHEN Zonglin¹ LIN Yiwei¹

^1.School of Civil Engineering and Transportation，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China
^2.State Key Laboratory of Subtropical Building Science，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China

Received:2021-07-21 Online:2022-07-25 Published:2021-11-26
Contact: 康澜（1980-），女，博士，副教授，主要从事钢结构和组合结构研究。 E-mail:ctlkang@scut.edu.cn
About author:康澜（1980-），女，博士，副教授，主要从事钢结构和组合结构研究。
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(52178286);the Guangdong Provincial Key Laboratory of Modern Civil Engineering Technology(2021B1212040003)

摘要/Abstract

摘要：

本研究对9根圆钢管约束型钢混凝土短柱、1根圆钢管约束混凝土短柱、1根圆钢管型钢混凝土短柱开展了轴压力学性能试验，重点分析了钢管屈服强度、型钢屈服强度、钢管径厚比、混凝土强度等级、钢管内壁处理方式、钢管约束模式等重要参数对钢管约束型钢混凝土短柱的破坏模式，以及对轴压承载力和延性的影响规律。结果表明：高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱的破坏模式为整体剪切破坏，高强钢管表面没有发生明显的局部鼓曲，内置高强型钢有效地限制了混凝土斜裂缝的发展。对于圆钢管约束型钢混凝土短柱，采用高强钢管、高强型钢相比采用普强钢管、普强型钢，试验轴压承载力与简单叠加轴压承载力的比值从 1. 37 提升至 1. 49，延性系数从2. 22提高至 3. 25，材料利用更充分，延性更优异，对核心混凝土的约束作用更强。在《钢管约束混凝土结构技术标准》（JGJ/T471—2019）和本文参数分析结果的基础上，不考虑约束混凝土强度最大限值，采用已有的约束混凝土本构模型，提出了高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱的轴压承载力修正公式。本研究可为实际工程应用提供科学依据和数据参考。

关键词: 高强钢管, 高强型钢, 轴压力学性能, 轴压承载力

Abstract:

This paper carried out axial compression tests on nine circular steel tube confined steel reinforced (CSTCSR) concrete short columns, one circular steel tube confined (CSTC) concrete short column and one circular steel tube column filled with steel-reinforced concrete. The main purpose of this research is to study the influences of yield strength of steel tube and shape steel, diameter-thickness ratio of steel tube, concrete strength, inner surface treatment method of high-strength steel tube and restraint mode on the failure mode, strain response, axial compression bearing capacity and ductility of CSTCSR concrete short column. The results show that the failure mode of high-strength circular steel tube confined high-strength steel reinforced (HCSTCHSR) concrete short column is overall shear failure, and there is no obvious local buckling on the surface of high-strength steel tube, and the development of oblique cracks of concrete is effectively restricted by the embedded high-strength shape steel. For CSTCSR concrete short column, the axial compression bearing capacity ratio and ductility coefficient of this column with high-strength steel tube and high-strength shape steel are increased from 1.37 to 1.49 and from 2.22 to 3.25, respectively, compared with those of CSTCSR concrete short column using ordinary-strength steel tube and ordinary-strength shape steel. It is concluded that the HCSTCHSR concrete short column has more excellent axial bearing capacity and ductility, and high-strength steel using in such column can be fully utilized. On the basis of “technical standard for steel tube confined concrete structures” (JGJ/T471—2019) and the results of parametric analysis in this study, a modified formula for axial bearing capacity of HCSTCHSR concrete short column was proposed by using the existing confined concrete’s constitutive model to provide scientific basis and data support for practical engineering application.

Key words: high-strength steel tube, high-strength shape steel, axial compressive performance, axial bearing capacity

中图分类号:

TU375

康澜, 陈宗霖, 林益伟. 高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱的轴压力学性能[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2022, 50(7): 1-12.

KANG Lan, CHEN Zonglin, LIN Yiwei . Axial Compression Behavior of High-Strength Circular Steel Tube Confined High-Strength Steel Reinforced Concrete Short Columns[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2022, 50(7): 1-12.

图/表 13

表1

表2

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图8

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参考文献 21

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试件编号	D×T×L/ （mm×mm×mm）	D_a×B_a×t_w×t_f/ （mm×mm×mm×mm）	f_cu/MPa	f_yt/MPa	f_ya/MPa
YS-T4Y345-C50-W4A345	300×3.78×900	150×150×3.78×3.78	48.9	443.0	443.0
YS-T4Y345-C50-W4A690	300×3.78×900	150×150×4.10×4.10	48.9	443.0	763.8
YS-T4Y690-C50-W4A345	300×4.10×900	150×150×3.78×3.78	48.9	763.8	443.0
YS-T4Y690-C50-W4A690	300×4.10×900	150×150×4.10×4.10	48.9	763.8	763.8
YS-T6Y690-C50-W4A690	300×6.00×900	150×150×4.10×4.10	48.9	698.2	763.8
YS-T4Y690-C50-W6A690	300×4.10×900	150×150×6.00×6.00	48.9	763.8	698.2
YS-T4Y690-C80-W4A690	300×4.10×900	150×150×4.10×4.10	94.9	763.8	763.8
YS-T4Y690-C50-W4A690-R	300×4.10×900	150×150×4.10×4.10	48.9	763.8	763.8
YS-T4Y690-C50-W4A690-M	300×4.10×900	150×150×4.10×4.10	48.9	763.8	763.8
YS-T4Y690-C50	300×4.10×900	—	48.9	763.8	—
GG-T4Y690-C50-W4A690	300×4.10×900	150×150×4.10×4.10	48.9	763.8	763.8

钢材种类	名义厚度/mm	实测厚度/mm	屈服强度/MPa	极限强度/MPa	弹性模量/GPa	泊松比
Q345	4	3.78	443.0	603.1	203.9	0.297
Q690	4	4.10	763.8	812.3	203.6	0.279
Q690	6	6.00	698.2	754.7	204.1	0.286

编号	试件编号	N_u/kN	N_m/kN	N_u/N_m	Δ_u/mm	K₀/（kN·mm^-1）	μ
1	YS-T4Y345-C50-W4A345	6 764	4 950	1.37	5.07	2 039	2.22
2	YS-T4Y345-C50-W4A690	7 433	5 517	1.35	5.56	2 194	2.30
3	YS-T4Y690-C50-W4A345	8 838	6 143	1.44	9.79	2 019	3.32
4	YS-T4Y690-C50-W4A690	9 969	6 710	1.49	9.68	2 266	3.25
5	YS-T6Y690-C50-W4A690	11 138	7 668	1.45	11.71	2 232	3.54
6	YS-T4Y690-C50-W6A690	10 488	7 161	1.46	9.53	2 284	2.87
7	YS-T4Y690-C80-W4A690	12 202	9 605	1.27	6.40	2 515	1.68
8	YS-T4Y690-C50-W4A690-R	10 382	6 710	1.55	11.84	2 152	—
9	YS-T4Y690-C50-W4A690-M	（10 249）	6 710	—	—	—	—
10	YS-T4Y690-C50	7 997	5 428	1.47	7.40	1 933	2.58
11	GG-T4Y690-C50-W4A690	9 620	6 710	1.43	5.90	2 585	2.33

试件编号	N_u/kN	N_uF/kN	N_g/kN	N_x/kN	N_g/N_u	N_g/N_uF	N_x/N_u	N_x/N_uF
YS-T4Y345-C50-W4A345	6 764	6 869	4 561	6 908	0.674	0.664	1.021	1.006
YS-T4Y345-C50-W4A690	7 433	7 516	5 128	7 475	0.690	0.682	1.006	0.994
YS-T4Y690-C50-W4A345	8 838	9 433	4 561	9 211	0.516	0.480	1.042	0.970
YS-T4Y690-C50-W4A690	9 969	10 109	5 128	9 778	0.514	0.507	0.981	0.967
YS-T6Y690-C50-W4A690	11 138	12 239	5 023	11 447	0.451	0.410	1.028	0.935
YS-T4Y690-C50-W6A690	10 488	10 637	5 563	10 151	0.503	0.523	0.968	0.954
YS-T4Y690-C80-W4A690	12 203	12 987	9 471	13 109	0.776	0.729	1.074	1.009
平均值					0.593	0.571	1.017	0.977
标准差					0.111	0.111	0.034	0.026

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高强圆钢管约束高强型钢混凝土短柱的轴压力学性能

Axial Compression Behavior of High-Strength Circular Steel Tube Confined High-Strength Steel Reinforced Concrete Short Columns

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