内置碳纤维工字形复材的方钢管混凝土偏压中长柱力学性能研究

ＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＶｏｌ畅４７，Ｎｏ畅３，２０１７工业建筑　２０１７年第４７卷第３期　内置碳纤维工字形复材的方钢管混凝土

偏压中长柱力学性能研究倡

孙　行　李帼昌　杨志坚　刘昕鹤

（沈阳建筑大学土木工程学院，沈阳　１１０１６８）

摘　要：采用ＡＢＡＱＵＳ软件，在合理选用材料本构模型的基础上，对１８个偏压中长柱进行全过程分析，考察长细比、偏心率、钢材屈服强度等因素对构件极限承载力及荷载－跨中挠度曲线的影响。分析结果表明：构件荷载－跨中挠度曲线可分为弹性阶段、弹塑性阶段、下降段和平缓段４个阶段。长细比、偏心率和含钢率对构件力学性能影响较大，随着长细比和偏心率的增加，构件的极限承载力迅速下降；增加含钢率可以提高构件的极限承载力；增加混凝土强度可以提高构件的极限承载力，但延性有所降低；随着钢材屈服强度的提高，构件极限承载力提高，但荷载－跨中挠度曲线的弹性阶段几乎不变。

关键词：碳纤维工字形复材；方钢管混凝土柱；有限元分析；偏心率；长细比；承载力 ＤＯＩ：１０畅１３２０４／ｊ．ｇｙｊｚ２０１７０３０２９

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｉｇｈｔｅｅｎｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄｓｑｕａｒｅｓｔｅｅｌｔｕｂｅｃｏｌｕｍｎｓｗｉｔｈｉｎｎｅｒＩ－ｓｈａｐｅｄＣＦＲＰｐｒｏｆｉｌｅｓｕｎｄｅｒｅｃｃｅｎｔｒｉｃｌｏａｄｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｃｈｏｏｓｉｎｇｔｈｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｒｅｌａｔｉｏｎｂｙＡＢＡＱＵＳ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｌｅｎｄｅｒｎｅｓｓｒａｔｉｏ，ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｒａｔｉｏ，ｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｓｔｅｅｌｔｕｂｅｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓａｎｄｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈｏｎｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｌｏａｄ－ｍｉｄｓｐａｎｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｌｏａｄａｎｄｍｉｄ－ｓｐａｎｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎｃｕｒｖｅｏｆｔｈｅｃｏｌｕｍｎｃｏｕｌｄｂｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏ４ｓｔａｇｅｓ，ｅｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅ，ｅｌａｓｔｉｃ－ｐｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅ，ｄｅｃｌｉｎｅｓｔａｇｅａｎｄｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎｓｔａｇｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈｅｅｃｃｅｎｔｒｉｃｒａｔｉｏ，ｓｌｅｎｄｅｒｎｅｓｓｒａｔｉｏａｎｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｈａｄｏｂｖｉｏｕｓｅｆｆｅｃｔｓｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｅｃｃｅｎｔｒｉｃｒａｔｉｏａｎｄｓｌｅｎｄｅｒｎｅｓｓｒａｔｉｏ，ｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｑｕｉｃｋｌｙ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｓｔｅｅｌｔｕｂｅｗａｌｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｂｕｔｔｈｅｄｕｃｔｉｌｉｔｙｒｅｄｕｃｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｉｎｃｒｅａｓｅｄ，ｂｕｔｅｌａｓｔｉｃｓｔａｇｅｗａｓａｌｍｏｓｔｃｏｎｓｔａｎｔ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｉ－ｓｈａｐｅｄＣＦＲＰ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄｓｑｕａｒｅｓｔｅｅｌｔｕｂｅｃｏｌｕｍｎｓ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ；ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｒａｔｉｏ；ｓｌｅｎｄｅｒｎｅｓｓｒａｔｉｏ；ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ倡国家自然科学基金项目（５１５７８３４５）；辽宁省高等学校创新团队支持计

划课题（ＬＴ２０１４０１２）；沈阳市科学技术计划项目（Ｆ１６－０７６－８－００）。

第一作者：孙行，男，１９９２年出生，硕士研究生。

通信作者：李帼昌，ｌｉｇｕｏｃｈａｎｇ０６０４＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ。

收稿日期：２０１６－１１－２８ 随着建筑高度和跨度的不断增加，结构柱承担

的荷载越来越大。在水平地震作用下，柱除了需要

满足承载力要求，还应具有良好延性。钢－混凝土

组合柱因具有较高的承载力和良好的延性已在高层

建筑结构中广泛应用

［１］。工程中常见的钢－混凝土组合柱有钢骨混凝土（ＳＲＣ）柱和钢管混凝土（ＣＦＴ）柱［２］。实际工程中，由于风荷载、水平地震作用等因素影响，使钢管混凝土柱常处于压弯状态。因此，对压弯构件力学性能的研究具有重要意义。史艳莉对不

同参数内置工字型钢的矩形钢管混凝土双向偏压柱进行了研究，研究表明：随着钢管含钢率、混凝土强度和钢管强度的提高，承载力显著提高，随着偏心率的增加，构件承载力下降［３］。Ｅｌｌｏｂｏｄｙ对不锈钢管内填充纤维混凝土的组合构件进行了研究，研究表万方数据