圆钢管约束的超高性能混凝土柱轴压试验研究
关键词：超高性能混凝土、钢管约束超高性能混凝土、复合柱、轴向压缩、承载力
摘要：本文研究了圆钢管约束钢筋超高性能混凝土柱（UHPC）的受力性能。对18根短柱（）进行了轴压试验，包括钢管约束超高性能混凝土（STCRU）柱、钢管约束超高强混凝土（STCU）柱、钢管超高强混凝土（UFST）柱、钢管约束钢筋混凝土（STCRC）柱和钢筋超高强混凝土（RU）柱。通过改变钢纤维的加入量，研究了其压缩性能。除无钢纤维RU柱的爆炸性破坏和STCRC柱的鼓型破坏外，其余柱均为剪切破坏。有趣的是，钢纤维的加入大大提高了RU柱的强度和延性。最后，为克服现有规范的应用局限性，提出了一个合理的钢管约束超高性能混凝土短柱承载力预测公式，该公式能较好地描述钢管约束超高性能混凝土短柱的轴向承载力。
- 介绍
超高性能混凝土（UHPC）是一种新型的水泥基材料，其耐久性和力学性能均优于常规混凝土，如高强混凝土（HSC）和普通混凝土（NSC）。有效改善超高强混凝土（UHSC）柱脆性的解决方案之一是用钢管代替UHSC柱，UHSC与钢管的结合产生了巨大的承载力和变形抗力。钢管混凝土（CFST）柱和钢管约束混凝土（STCC）柱[1-4]是两种此类组合结构构件，它们表现出显著的特点，如承载力突出、受压下的高延性响应、良好的能量吸收能力，因此，这些受压构件在具有挑战性的工程领域得到了广泛的应用。对于STCC柱，轴向荷载仅施加在混凝土核心上，而钢管主要用作混凝土核心的侧向约束[8]。因此，钢管混凝土柱允许梁柱节点断开，轴向荷载主要转移到钢筋混凝土核心，允许常规施工和施工
梁柱节点的简化设计[9,10]。在早期的研究中，STCC柱被认为是一种特殊类型的钢管混凝土柱。Gardner等人[11]证明了STCC柱比CFST柱能更好地限制核心混凝土。Sakino等人[12,13]研究了粘结摩擦对STCC柱轴压性能的影响，提出了STCC柱的概念。此外，钢管约束高强混凝土柱的力学性能也得到了广泛的研究[14]。Lahlou等人[15]比较了采用NSC和HSC的STCC柱在静态和动态荷载下的力学性能差异，并报告尽管STCC-HSC柱的极限承载力较高，但在峰值后强度阶段，其延性低于STCC-NSC柱。此外，根据大量试验研究（Mcateer等人[16]，Fam等人[17]，Han等人[18]，Liu等人[19]，Qi等人[20]），对STCC柱的承载力公式进行了回归，从而得出报告的混凝土抗压强度在40 MPa到90 MPa之间变化。
近几十年来，随着混凝土制备技术的发展，UHPC被认为是一种很有前途的材料。由于其优异的力学性能和优异的耐久性，它是工程结构中使用的普通混凝土的一个有吸引力的替代品[21]。由于超高强混凝土强度的提高，可以减小构件尺寸，从而在高层建筑中获得更大的占地面积和更低的造价。然而，UHPC在高强度压缩下具有固有的脆性，阻碍了其应用。
为了克服超高强混凝土的脆性，提高无筋超高强混凝土柱的脆性，可以采用以下几种方法：1）用钢夹套管对超高强混凝土柱芯进行约束；2）加入高强钢纤维；3）采用高强纵向钢筋；4）用箍筋对超高强混凝土柱芯进行约束。通过对UHPC填充钢管（UFST）柱和钢管约束UHPC（STCU）柱压缩性能的试验研究，Tue等[22]、Luo等[23]、Liew等[24]和xiang等[25]证明钢管的约束效应有效地改善了UHPC核心和STCU柱的脆性建议
表1
试样参数
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