方钢管UHPC短柱轴压性能试验研究
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ｍａｉｎｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｌｏｗ ｓｔａｇｅ. Ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｃｏｌｕｍｎ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ
ｃｏｎｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘꎬ ｂｕｔ ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｍｏｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ. Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｎｄ ＵＨＰＣ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ
弹性、弹塑性和塑流三个阶段ꎻ轴向荷载￣变形曲线形状与套箍系数密切相关ꎬ依据塑流阶段不同可分为下降型、平
缓型和上升型三类ꎻ钢管与 ＵＨＰＣ 之间的相互作用具有滞后效应ꎬ主要发生在塑流阶段ꎻ随套箍系数增大ꎬ短柱试
件延性和承载力有增大趋势ꎬ但延性增加更显著ꎬ钢管与 ＵＨＰＣ 之间的相互作用主要体现在改善 ＵＨＰＣ 延性上ꎻ基
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｑｕａｒｅ ＵＨＰＣ ｆｉｌｌｅｄ ｓｈｏｒｔ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎｓ ( ＳＵＨＰＣＦＳＳＴｓ) ꎬ ａ
ｔｏｔａｌ ｏｆ １６ ｇｒｏｕｐｓ ｗｉｔｈ ｔｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓꎬ ＵＨＰＣ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ａｘｉａｌ
试件组编号
Ｓ１￣５￣１００
Ｓ２￣５￣１１０
Ｓ３￣６￣１１０
Ｓ４￣６￣１２０
Ｓ５￣６￣１４０
Ｓ６￣７￣１００
Ｓ７￣７￣１１０
Ｓ８￣７￣１２０
Ｓ９￣７￣１４０
Ｓ１０￣１０￣１００
Ｓ１１￣１０￣１２０
Ｓ１２￣１０￣１４０
Ｓ１３￣１４￣１００
Ｓ１４￣１４￣１２０
Ｓ１５￣１４￣１４０
Ｓ１６￣１８￣１４０
Ｂ / ｍｍ
[摘要] 为研究方钢管 ＵＨＰＣ 短柱试件的轴心受压性能ꎬ以钢管厚度、ＵＨＰＣ 强度、钢材强度为参数ꎬ完成了 １６ 组
方钢管 ＵＨＰＣ 短柱试件轴心受压试验ꎮ 依据试件的破坏模式、荷载￣变形曲线、荷载￣应变曲线发展变化规律对方钢
管 ＵＨＰＣ 短柱的承载力、延性和轴压机理进行了分析ꎮ 试验结果表明:方钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴向荷载￣变形曲线可分
ｌｏａｄｓ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｌａｗ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓꎬ ｌｏａｄ￣ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ａｎｄ ｌｏａｄ￣ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅꎬ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌꎬ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙꎬ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ＳＵＨＰＣＦＳＳＴｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ. Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ￣
ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｏｆ ＵＨＰＣ. Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｙꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｏｆ
ＳＵＨＰＣＦＳＳＴｓ ｉｓ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｎｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ３.
３００ｍｍ 的棱柱体试件ꎬ自养护一天ꎬ脱模并用塑料
膜包 裹 后 与 钢 管 ＵＨＰＣ 同 条 件 养 护 至 标 准 龄 期ꎮ
按« 普通混凝土力学性能试验方法» ( ＧＢ / Ｔ ５００８１—
试验概况
１ １ 试件设计
试验中共设计 １６ 组(３２ 根) 方钢管 ＵＨＰＣ 短柱
试件ꎬ考虑的主要参数为 ＵＨＰＣ 强度等级、钢材强
于延性和经济性指标ꎬ建议方钢管 ＵＨＰＣ 轴压短柱的套箍系数不宜大于 ３ꎮ
[ 关键词] 方钢管 ＵＨＰＣ 短柱ꎻ 轴心受压ꎻ 套箍系数ꎻ 相互作用ꎻ 延性ꎻ 承载力
中图分类号:ＴＵ３９８
文献标识码:Ａ
文章编号:１００２￣８４８Ｘ(２０２１)１２￣０１１７￣０７
[ 引用本文] 颜燕祥. 方钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压性能试验研究[ Ｊ] . 建筑结构ꎬ２０２１ꎬ５１(１２) :１１７￣１２３. ＹＡＮ Ｙａｎｘｉａｎｇ.
静力试验获得各组试件的荷载￣变形、荷载￣应变曲
线ꎬ分析套箍系数对其延性和承载力的影响ꎬ揭示
方钢管与 ＵＨＰＣ 之 间 相 互 作 用 机 理ꎮ 基 于 ＵＨＰＣ
与方钢管之间相互作用机理、延性需求和经济性指
标ꎬ建 议 了 套 箍 系 数 的 上 限 值ꎮ 旨 在 为 方 钢 管
ＵＨＰＣ 结构的推广应用及我国相关技术标准制定与
度等级和钢板厚度ꎮ 试验钢管均由 ４ 块钢板在加工
车间气体 保 护 焊 对 接 焊 接 而 成ꎬ 试 件 制 作 主 要 包
括:钢管焊接、钢管底板及加劲肋焊接、ＵＨＰＣ 浇筑
及养护、顶板及加劲肋焊接 ４ 个流程ꎮ 后两个流程
２００２) 和« 活性粉末混凝土» ( ＧＢ / Ｔ ３１３８７—２０１５) 测
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｑｕａｒｅ ＵＨＰＣ ｆｉｌｌｅｄ ｓｈｏｒｔ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎｓ
ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
ＹＡＮ Ｙａｎｘｉａｎｇ
( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｈｕｂｅｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｘｉａｏｇａｎ ４３２０００ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｑｕａｒｅ ＵＨＰＣ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎꎻ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎꎻ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘꎻ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎꎻ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙꎻ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ
０
引言
ＵＨＰＣ ( ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ) 是一种
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｑｕａｒｅ ＵＨＰＣ ｆｉｌｌｅｄ ｓｈｏｒｔ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎｓ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ[ Ｊ] . Ｂｕｉｌｄｉｎｇ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬ２０２１ꎬ５１(１２) :１１７￣１２３.
１００ ０
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ｔ / ｍｍ
４ ９
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５ ８
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６ ８
６ ８
６ ８
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１０ ０
１０ ０
１０ ０
ＵＨＰＣ 可有效克服其脆性ꎬ是推广其工程应用的优
选方案之一
[４￣５]
ꎮ 钢管 ＵＨＰＣ 结构在高层、超高层、
重载等结构中具有优越的力学性能和经济效应 [６] ꎮ
国内外学者针对圆钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压性能开
展了大量研究ꎬ取得了诸多研究成果ꎮ 文献[５￣８] 研
究表明:钢管 ＵＨＰＣ 短柱延性大幅提高ꎬ承载力提
ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ＳＵＨＰＣＦＳＳＴｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｅｌａｓｔｉｃꎬ ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｌｏｗ ｓｔａｇｅｓ.
Ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ￣ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅｓ ｉｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘ. Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ
１４ ２
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Ｌ / ｍｍ
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ｆ ｙ / ( Ｎ / ｍｍ２ )
６６８ ８
６６８ ８
试其抗压强度ꎬ结果见表 ３ꎮ 试验钢材选取 Ｑ４６０ 高
强结构钢ꎬ钢板购置时的名义厚度为整毫米ꎬ采用
游标卡尺测量其实际厚度ꎬ根据« 金属材料 拉伸试
验第 １ 部分:室温试验方法» ( ＧＢ / Ｔ ２２８ １—２０１０)
规定标准进行材性试验ꎬ钢材主要力学性能指标取
值见表 ４ꎮ
表１
试件参数及主要试验结果
高幅度与套箍系数有关ꎬ荷载￣变形曲线的弹性阶段
较长( 达极限荷载的 ９０％) ꎮ 文献[９￣１１] 表明:对于
套箍系数较小的圆钢管 ＵＨＰＣ 短柱ꎬ其延性改善较
∗国家级大学生创新创业训练计划项目( ２０２０１０５２８０１２) ꎬ孝
感市自然科学计划项目( ＸＧＫＪ２０１９０１００４９) ꎮ
作者简介:颜燕祥ꎬ博士ꎬ讲师ꎬＥｍａｉｌ:ｙｙｘｔｍ＠ １６３.ｃｏｍꎮ
第 ５１ 卷 第 １２ 期
建 筑 结 构
２０２１ 年 ６ 月下
Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｖｏｌ.５１ Ｎｏ.１２
Ｊｕｎ. ２０２１
ＤＯＩ:１０ １９７０１ / ｊ.ｊｚｊｇ.２０２１ １２ ０２０
方钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压性能试验研究 ∗
颜燕祥
( 湖北工程学院土木工程学院ꎬ 孝感 ４３２０００)
１１８
２０２１ 年
建 筑 结 构
大ꎬ而承载力提高幅度不大ꎬ可忽略不计ꎮ 工程中
常用的 钢 管 混 凝 土 截 面 形 式 为 圆 形、 方 形 和 矩
形 [１２] ꎮ 方钢管混凝土具有截面形状规则ꎬ梁柱节点
连接方便ꎬ 外 部 钢 管 对 核 心 混 凝 土 约 束 较 强 等 优
点ꎬ被广泛应用于高层建筑中
修订提供试验依据和理论基础ꎮ
１
图 １ 试件构造示意图
１ ２ 材料力学性能
试 验 选 用 ＵＨＰＣ１００ꎬ ＵＨＰＣ１１０ꎬ ＵＨＰＣ１２０ꎬ
ＵＨＰＣ１４０ 共 ４ 种不同强度等级的 ＵＨＰＣꎬ其配合比
见表 ２ꎮ 试件浇筑时每 种 ＵＨＰＣ 配 合 比 预 留 ９ 个
１００ｍｍ 的 立 方 体 试 件 和 ９ 个 １００ｍｍ × １００ｍｍ ×
[１３]
ꎮ 但方钢管对核心
混凝土的约束不[９]
[１４]
ꎮ 目 前ꎬ 仅 少 数 研 究 者 ( 吴 捧 捧
、Ｇｕｌｅｒ 等
[１６]
[１５]
、
的详细过程如下:分层浇筑振捣 ＵＨＰＣ 后ꎬ使 ＵＨＰＣ
略高出钢管顶面 ５ ~ １０ｍｍꎬ以弥补养护过程中的部
ＵＨＰＣ 短柱轴压性能的研究主要针对套箍系数较小
(０ ４０≤ξ≤２ ４４) 的情形ꎬ对大套箍系数( ξ≥３) 方
钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压性能的研究尚鲜见于文献ꎮ
为全面了解方钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压性能、补充
试验参数范围和完善试验结果ꎬ设计制作 １６ 组( ３２
根) 不同套箍系数的方钢管 ＵＨＰＣ 短柱试件ꎬ通过
分收缩变形ꎬ覆盖并缠绕塑料薄膜ꎬ防止水分蒸发
实现 ＵＨＰＣ 自养护ꎬ待养护至预定龄期ꎬ打磨试件
顶面并找平ꎬ焊接顶板及加劲肋ꎮ 试件的详细参数
见表 １ꎬ试件构造细节如图 １ 所示ꎮ
) 对方钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压
性能进行了研究ꎬ得出方钢管对 ＵＨＰＣ 延性改善显
著而对承载力提高不明显的结论ꎮ 但关于方钢管
具有超高强度、优良韧性和优越耐久性等系列优点
的新型混凝土材料
[１￣２]
ꎬ但是ꎬ伴随 ＵＨＰＣ 高强而来
的脆性阻碍了其在工程中的应用ꎮ 为此ꎬ国内外学
者为 改 善 ＵＨＰＣ 延 性 性 能 提 出 了 诸 多 有 效 措
施
[３￣４]
ꎬ包括掺入钢纤维、采用粗骨料、配置钢筋、提
供侧向 约 束、 采 用 钢 管 约 束 等ꎮ 其 中ꎬ 采 用 钢 管
ｐｌａｓｔｉｃ ｆｌｏｗ ｓｔａｇｅꎬ ｔｈｅ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ￣ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ: ｄｅｓｃｅｎｄｉｎｇ ｔｙｐｅꎬ
ｇｅｎｔｌｅ ｔｙｐｅ ａｎｄ ａｓｃｅｎｄｉｎｇ ｔｙｐｅ. Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｎｄ ＵＨＰＣ ｈａｓ ａ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｅｆｆｅｃｔꎬ ｗｈｉｃｈ ｇｅｎｅｒａｔｅｓ
６４６ ２
６４６ ２
ｍａｉｎｌｙ ｉｎ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｌｏｗ ｓｔａｇｅ. Ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｓｈｏｒｔ ｃｏｌｕｍｎ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ
ｃｏｎｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘꎬ ｂｕｔ ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｍｏｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ. Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｎｄ ＵＨＰＣ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ
弹性、弹塑性和塑流三个阶段ꎻ轴向荷载￣变形曲线形状与套箍系数密切相关ꎬ依据塑流阶段不同可分为下降型、平
缓型和上升型三类ꎻ钢管与 ＵＨＰＣ 之间的相互作用具有滞后效应ꎬ主要发生在塑流阶段ꎻ随套箍系数增大ꎬ短柱试
件延性和承载力有增大趋势ꎬ但延性增加更显著ꎬ钢管与 ＵＨＰＣ 之间的相互作用主要体现在改善 ＵＨＰＣ 延性上ꎻ基
Ａｂｓｔｒａｃｔ: Ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｑｕａｒｅ ＵＨＰＣ ｆｉｌｌｅｄ ｓｈｏｒｔ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎｓ ( ＳＵＨＰＣＦＳＳＴｓ) ꎬ ａ
ｔｏｔａｌ ｏｆ １６ ｇｒｏｕｐｓ ｗｉｔｈ ｔｅｓｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓꎬ ＵＨＰＣ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｕｎｄｅｒ ａｘｉａｌ
试件组编号
Ｓ１￣５￣１００
Ｓ２￣５￣１１０
Ｓ３￣６￣１１０
Ｓ４￣６￣１２０
Ｓ５￣６￣１４０
Ｓ６￣７￣１００
Ｓ７￣７￣１１０
Ｓ８￣７￣１２０
Ｓ９￣７￣１４０
Ｓ１０￣１０￣１００
Ｓ１１￣１０￣１２０
Ｓ１２￣１０￣１４０
Ｓ１３￣１４￣１００
Ｓ１４￣１４￣１２０
Ｓ１５￣１４￣１４０
Ｓ１６￣１８￣１４０
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[摘要] 为研究方钢管 ＵＨＰＣ 短柱试件的轴心受压性能ꎬ以钢管厚度、ＵＨＰＣ 强度、钢材强度为参数ꎬ完成了 １６ 组
方钢管 ＵＨＰＣ 短柱试件轴心受压试验ꎮ 依据试件的破坏模式、荷载￣变形曲线、荷载￣应变曲线发展变化规律对方钢
管 ＵＨＰＣ 短柱的承载力、延性和轴压机理进行了分析ꎮ 试验结果表明:方钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴向荷载￣变形曲线可分
ｌｏａｄｓ. Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｌａｗ ｏｆ ｆａｉｌｕｒｅ ｍｏｄｅｓꎬ ｌｏａｄ￣ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ａｎｄ ｌｏａｄ￣ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅꎬ ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ
ｍｅｃｈａｎｉｃａｌꎬ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙꎬ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ＳＵＨＰＣＦＳＳＴｓ ｗｅｒｅ ｓｔｕｄｉｅｄ. Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ￣
ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ ｉｎ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｏｆ ＵＨＰＣ. Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｙꎬ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘ ｏｆ
ＳＵＨＰＣＦＳＳＴｓ ｉｓ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ ｎｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ３.
３００ｍｍ 的棱柱体试件ꎬ自养护一天ꎬ脱模并用塑料
膜包 裹 后 与 钢 管 ＵＨＰＣ 同 条 件 养 护 至 标 准 龄 期ꎮ
按« 普通混凝土力学性能试验方法» ( ＧＢ / Ｔ ５００８１—
试验概况
１ １ 试件设计
试验中共设计 １６ 组(３２ 根) 方钢管 ＵＨＰＣ 短柱
试件ꎬ考虑的主要参数为 ＵＨＰＣ 强度等级、钢材强
于延性和经济性指标ꎬ建议方钢管 ＵＨＰＣ 轴压短柱的套箍系数不宜大于 ３ꎮ
[ 关键词] 方钢管 ＵＨＰＣ 短柱ꎻ 轴心受压ꎻ 套箍系数ꎻ 相互作用ꎻ 延性ꎻ 承载力
中图分类号:ＴＵ３９８
文献标识码:Ａ
文章编号:１００２￣８４８Ｘ(２０２１)１２￣０１１７￣０７
[ 引用本文] 颜燕祥. 方钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压性能试验研究[ Ｊ] . 建筑结构ꎬ２０２１ꎬ５１(１２) :１１７￣１２３. ＹＡＮ Ｙａｎｘｉａｎｇ.
静力试验获得各组试件的荷载￣变形、荷载￣应变曲
线ꎬ分析套箍系数对其延性和承载力的影响ꎬ揭示
方钢管与 ＵＨＰＣ 之 间 相 互 作 用 机 理ꎮ 基 于 ＵＨＰＣ
与方钢管之间相互作用机理、延性需求和经济性指
标ꎬ建 议 了 套 箍 系 数 的 上 限 值ꎮ 旨 在 为 方 钢 管
ＵＨＰＣ 结构的推广应用及我国相关技术标准制定与
度等级和钢板厚度ꎮ 试验钢管均由 ４ 块钢板在加工
车间气体 保 护 焊 对 接 焊 接 而 成ꎬ 试 件 制 作 主 要 包
括:钢管焊接、钢管底板及加劲肋焊接、ＵＨＰＣ 浇筑
及养护、顶板及加劲肋焊接 ４ 个流程ꎮ 后两个流程
２００２) 和« 活性粉末混凝土» ( ＧＢ / Ｔ ３１３８７—２０１５) 测
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｑｕａｒｅ ＵＨＰＣ ｆｉｌｌｅｄ ｓｈｏｒｔ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎｓ
ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
ＹＡＮ Ｙａｎｘｉａｎｇ
( Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ Ｈｕｂｅｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ Ｘｉａｏｇａｎ ４３２０００ꎬ Ｃｈｉｎａ)
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｓｑｕａｒｅ ＵＨＰＣ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎꎻ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎꎻ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘꎻ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎꎻ ｄｕｃｔｉｌｉｔｙꎻ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ
０
引言
ＵＨＰＣ ( ｕｌｔｒａ ｈｉｇｈ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ) 是一种
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｓｑｕａｒｅ ＵＨＰＣ ｆｉｌｌｅｄ ｓｈｏｒｔ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｃｏｌｕｍｎｓ ｓｕｂｊｅｃｔｅｄ ｔｏ ａｘｉａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ[ Ｊ] . Ｂｕｉｌｄｉｎｇ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎬ２０２１ꎬ５１(１２) :１１７￣１２３.
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ＵＨＰＣ 可有效克服其脆性ꎬ是推广其工程应用的优
选方案之一
[４￣５]
ꎮ 钢管 ＵＨＰＣ 结构在高层、超高层、
重载等结构中具有优越的力学性能和经济效应 [６] ꎮ
国内外学者针对圆钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压性能开
展了大量研究ꎬ取得了诸多研究成果ꎮ 文献[５￣８] 研
究表明:钢管 ＵＨＰＣ 短柱延性大幅提高ꎬ承载力提
ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ＳＵＨＰＣＦＳＳＴｓ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｐｈａｓｅｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｅｌａｓｔｉｃꎬ ｅｌａｓｔｏｐｌａｓｔｉｃ ａｎｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｌｏｗ ｓｔａｇｅｓ.
Ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ￣ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅｓ ｉｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｉｎｇ ｉｎｄｅｘ. Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ
１４ ２
１４ ２
１４ ２
１８ ５
Ｌ / ｍｍ
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３００ ０
３ ０００ ０
ｆ ｙ / ( Ｎ / ｍｍ２ )
６６８ ８
６６８ ８
试其抗压强度ꎬ结果见表 ３ꎮ 试验钢材选取 Ｑ４６０ 高
强结构钢ꎬ钢板购置时的名义厚度为整毫米ꎬ采用
游标卡尺测量其实际厚度ꎬ根据« 金属材料 拉伸试
验第 １ 部分:室温试验方法» ( ＧＢ / Ｔ ２２８ １—２０１０)
规定标准进行材性试验ꎬ钢材主要力学性能指标取
值见表 ４ꎮ
表１
试件参数及主要试验结果
高幅度与套箍系数有关ꎬ荷载￣变形曲线的弹性阶段
较长( 达极限荷载的 ９０％) ꎮ 文献[９￣１１] 表明:对于
套箍系数较小的圆钢管 ＵＨＰＣ 短柱ꎬ其延性改善较
∗国家级大学生创新创业训练计划项目( ２０２０１０５２８０１２) ꎬ孝
感市自然科学计划项目( ＸＧＫＪ２０１９０１００４９) ꎮ
作者简介:颜燕祥ꎬ博士ꎬ讲师ꎬＥｍａｉｌ:ｙｙｘｔｍ＠ １６３.ｃｏｍꎮ
第 ５１ 卷 第 １２ 期
建 筑 结 构
２０２１ 年 ６ 月下
Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｖｏｌ.５１ Ｎｏ.１２
Ｊｕｎ. ２０２１
ＤＯＩ:１０ １９７０１ / ｊ.ｊｚｊｇ.２０２１ １２ ０２０
方钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压性能试验研究 ∗
颜燕祥
( 湖北工程学院土木工程学院ꎬ 孝感 ４３２０００)
１１８
２０２１ 年
建 筑 结 构
大ꎬ而承载力提高幅度不大ꎬ可忽略不计ꎮ 工程中
常用的 钢 管 混 凝 土 截 面 形 式 为 圆 形、 方 形 和 矩
形 [１２] ꎮ 方钢管混凝土具有截面形状规则ꎬ梁柱节点
连接方便ꎬ 外 部 钢 管 对 核 心 混 凝 土 约 束 较 强 等 优
点ꎬ被广泛应用于高层建筑中
修订提供试验依据和理论基础ꎮ
１
图 １ 试件构造示意图
１ ２ 材料力学性能
试 验 选 用 ＵＨＰＣ１００ꎬ ＵＨＰＣ１１０ꎬ ＵＨＰＣ１２０ꎬ
ＵＨＰＣ１４０ 共 ４ 种不同强度等级的 ＵＨＰＣꎬ其配合比
见表 ２ꎮ 试件浇筑时每 种 ＵＨＰＣ 配 合 比 预 留 ９ 个
１００ｍｍ 的 立 方 体 试 件 和 ９ 个 １００ｍｍ × １００ｍｍ ×
[１３]
ꎮ 但方钢管对核心
混凝土的约束不[９]
[１４]
ꎮ 目 前ꎬ 仅 少 数 研 究 者 ( 吴 捧 捧
、Ｇｕｌｅｒ 等
[１６]
[１５]
、
的详细过程如下:分层浇筑振捣 ＵＨＰＣ 后ꎬ使 ＵＨＰＣ
略高出钢管顶面 ５ ~ １０ｍｍꎬ以弥补养护过程中的部
ＵＨＰＣ 短柱轴压性能的研究主要针对套箍系数较小
(０ ４０≤ξ≤２ ４４) 的情形ꎬ对大套箍系数( ξ≥３) 方
钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压性能的研究尚鲜见于文献ꎮ
为全面了解方钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压性能、补充
试验参数范围和完善试验结果ꎬ设计制作 １６ 组( ３２
根) 不同套箍系数的方钢管 ＵＨＰＣ 短柱试件ꎬ通过
分收缩变形ꎬ覆盖并缠绕塑料薄膜ꎬ防止水分蒸发
实现 ＵＨＰＣ 自养护ꎬ待养护至预定龄期ꎬ打磨试件
顶面并找平ꎬ焊接顶板及加劲肋ꎮ 试件的详细参数
见表 １ꎬ试件构造细节如图 １ 所示ꎮ
) 对方钢管 ＵＨＰＣ 短柱轴压
性能进行了研究ꎬ得出方钢管对 ＵＨＰＣ 延性改善显
著而对承载力提高不明显的结论ꎮ 但关于方钢管
具有超高强度、优良韧性和优越耐久性等系列优点
的新型混凝土材料
[１￣２]
ꎬ但是ꎬ伴随 ＵＨＰＣ 高强而来
的脆性阻碍了其在工程中的应用ꎮ 为此ꎬ国内外学
者为 改 善 ＵＨＰＣ 延 性 性 能 提 出 了 诸 多 有 效 措
施
[３￣４]
ꎬ包括掺入钢纤维、采用粗骨料、配置钢筋、提
供侧向 约 束、 采 用 钢 管 约 束 等ꎮ 其 中ꎬ 采 用 钢 管
ｐｌａｓｔｉｃ ｆｌｏｗ ｓｔａｇｅꎬ ｔｈｅ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｘｉａｌ ｌｏａｄ￣ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ｃａｎ ｂｅ ｄｉｖｉｄｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｒｅｅ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ: ｄｅｓｃｅｎｄｉｎｇ ｔｙｐｅꎬ
ｇｅｎｔｌｅ ｔｙｐｅ ａｎｄ ａｓｃｅｎｄｉｎｇ ｔｙｐｅ. Ｔｈｅ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ａｎｄ ＵＨＰＣ ｈａｓ ａ ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓ ｅｆｆｅｃｔꎬ ｗｈｉｃｈ ｇｅｎｅｒａｔｅｓ