中空夹层钢管混凝土组合结构研究进展

李显辉李宁于晓东

摘要：本文通过对一种新型的组合构件—中空夹层钢管混凝土（CFDST）的特点及研究现状进行分析，通过研究分析发现，该构件具有良好的工程应用价值，但该构件在多灾害方面的研究还有所欠缺，应加强腐蚀、火灾、撞击、地震等荷载下构件承载性能的研究。

关键词：中空夹层钢管混凝土；研究现状；CFDST

1.中空夹层钢管混凝土结构特点

中空夹层钢管混凝土构件（CFDST）是在钢管混凝土构件的基础上，利用内钢管代替核心混凝土的一种新型土木工程构件，该构件与传统的钢管混凝土构件相比，质量轻、刚度大，便于施工，在工程中有良好的应用价值，本文通过对国内外专家学者对中空夹层钢管混凝土的研究进行论述，坦明了中空夹层钢管混凝土构件的发展现状和发展趋势。

2.空夹层钢管混凝土研究现状

黄宏等[1]对中空夹层钢管混凝土试件进行了轴心及偏心受压试验，提出了中空夹层钢管混凝土偏心受压构件轴心、偏心受压承载力计算公式；ZhaoXiao-Ling[2]对轴向荷载作用下中空夹层钢管混凝土构件进行了大变形试验研究，研究结果表明：该构件能有效的减少构件的能量耗散、位移变形、承载能力等性能，在循环加载下，轴向荷载下降较弱，介于20％-30％之间，由此得出，该构件有较好的抗震性能；LiWei[3]提出了组合框架中采用锥形中空夹层钢管混凝土试件，利用有限元软件对试验进行了验证，试验表明：该构件对组合框架结构有利。黄宏[4]对圆中空夹层钢管混凝土构件进行了受扭试验，利用有限元进行模拟，数值模拟结果表明，破坏全过程分为弹性、弹塑性、塑性强化三个阶段，试验表明：在加载过程中，当轴压小时，伴随着轴压比的增大，极限扭矩增大；当轴压比较大时，随着轴压比的增大，极限扭矩减小。S.Aghdamy[5]对兰州理工大学大量的中空夹层钢管混凝土实验结果进模拟分析，验证了数值模型并预测柱的破坏模式的能力。通过参数分析，研究了几种载荷相关参数对CFDST的影响，为CFDST柱的冲击响应及其影响提供了新的信息控制参数以形成广泛的数据库，用来建立适当的方程并给出了CFDST柱在横向冲击荷载作用下的设计计算方法。Yu-HangWang[6]通过对6根受循环纯扭作用的中空夹层钢管混凝土柱的拟静力试验，得到了其极限承载力不同截面型式、不同空心比、不同结构形式的扭转性能，测试结果表明，中空夹层钢管混凝土柱在纯扭转作用下的滞回曲线是丰满的，卸载刚度接近初始弹性刚度，混凝土具有良好的耗能能力，在循环扭转力矩作用下，扭转阻力优于方形和矩形中空夹层钢管混凝土柱；WeiLi[7]对12个中空夹层钢管混凝土试件(CFDST)多灾害抵抗力进行了研究，首先对试样进行特定加热时间的火灾试验，冷却至环境温度后，进行循环何在施加在试件上的轴向荷载和反向侧向循环荷载。研究参数包括加热时间，含钢率、空心比和柱上轴向荷载水平，采用刚度退化、强度退化和耗能等指标对CFDST柱火灾后的抗震性能进行了评价。最后，提出了一种预测火灾地震下CFDST柱的刚度。实验结果为火灾破坏CFDST结构的评估提供了依据，该方法具有较好的预测精度。国内外对中空夹层钢管混凝土结构研究以颇有成绩，为该构件的利用提供了参考依据。

3.中空夹层钢管混凝土构件研究进展及展望

已有大量论著对中空夹层钢管混凝土构件进行了研究，从构件的静力性能，到构件的动力性能都进行了详细的研究，研究结果发现该构件截面刚度大，截面开展，抗震性能好，具有良好的抗冲击性能和抗火性能，但对于该构件在多灾害情况下的评价还不够完善，应加强该构件在震动、撞击、腐蚀、火灾等常见自然灾害下构件的承载性能研究，为中空夹层钢管混凝土规范的编写提供参考资料。

参考文献

[1]黄宏.中空夹层钢管混凝土压弯构件的力学性能研究[D].福州:福州大学,2006.

[2]ZhaoXL,TongLW,WangXY.CFDSTstubcolumnssubjectedtolargedeformationaxialloading[J].EngineeringStructures,2010,32(3):692-703.

[3]LiW,HanLH,ZhaoXL.Axialstrengthofconcrete-filleddoubleskinsteeltubular(CFDST)columnswithpreloadonsteeltubes[J].Thin-WalledStructures,2012,56:9-20.

[4]黄宏,范志杰,陈梦成.圆中空夹层钢管混凝土压扭构件工作机理研究[J].广西大学学报:自然科学版,2013(1):42-47.

[5]S.Aghdamy,D.P.Thambiratnam,M.Dhanasekar,S.Saiedi,Effectsofload-relatedparametersontheresponseofconcrete-filleddouble-skinsteeltubecolumnssubjectedtolateralimpact,JournalofConstructionalSteelResearch,Volume138,2017,Pages642-662.

[6]Yu-HangWang,Guo-BingLu,Xu-HongZhou,Experimentalstudyofthecyclicbehaviorofconcrete-filleddoubleskinsteeltubecolumnssubjectedtopuretorsion,Thin-WalledStructures,Volume122,2018,Pages425-438.

[7]WeiLi,TaoWang,Lin-HaiHan,Seismicperformanceofconcrete-filleddouble-skinsteeltubesafterexposuretofire:Experiments,JournalofConstructionalSteelResearch,Volume154,2019,Pages209-223.