中空夹层钢管混凝土组合结构研究进展

中空夹层钢管混凝土组合结构研究进展

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；Zhao Xiao-

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；Li Wei[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-Hang Wang[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；Wei Li[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]Zhao X L, Tong L W, Wang X Y. CFDST stub columns subjected to large deformation axial loading[J]. Engineering Structures, 2010, 32(3): 692-703.

[3]Li W, Han L H, Zhao X L. Axial strength of concrete-filled double skin steel tubular (CFDST) columns with preload on steel tubes[J]. Thin-Walled Structures, 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,Effects of load-related parameters on the response of concrete-filled double-skin steel tube columns subjected to lateral impact,Journal of Constructional Steel Research,Volume

138,2017,Pages 642-662.

[6]Yu-Hang Wang, Guo-Bing Lu, Xu-Hong Zhou,Experimental study of the cyclic behavior of concrete-filled double skin steel tube columns subjected to pure torsion,Thin-Walled Structures,Volume 122,2018,Pages 425-438.

[7]Wei Li, Tao Wang, Lin-Hai Han,Seismic performance of concrete-filled double-skin steel tubes after exposure to fire: Experiments,Journal of Constructional Steel Research,Volume 154,2019,Pages 209-223.