近日，我院教师在结构工程领域知名期刊《Structures》（JCR Q1区，IF = 4.9）上发表了题为“Stress–strain relationship and design method of high-strength spiral-confined high-strength concrete-filled high-strength square steel tubular columns under axial compression”的研究成果。该论文以长春工程学院为第一完成单位，我院教师孙立所博士为第一作者。

内容简介

研究背景：

钢管混凝土柱具有承载力高、塑性韧性好、经济效益好和方便施工等优点，广泛应用于建筑、桥梁、交通枢纽、能源基础设施等工程。随着建筑物高度的不断增加，结构承担的荷载越来越大，致使钢管混凝土构件的截面尺寸也随之增加。因此，使用高强材料减小构件截面尺寸、降低结构自重和地震反应成为土木工程领域的研究热点。另外，高强材料的使用还可以增大使用空间、节约材料，减少碳排放，经济、社会效益显著。

研究意义：

随着材料强度的提高也伴随着延性的降低。由于方钢管对核心混凝土的约束作用不均匀，使得高强方钢管高强混凝土柱的延性下降更为明显。但是方钢管混凝土几何特征的优势，使得结构体系的节点构造简单、方便设计和施工，另外，也为建筑空间的使用和装修提供便利。为提高高强方钢管高强混凝土柱延性，将高强螺旋箍筋内置于高强方钢管高强混凝土柱中形成高强方钢管高强螺旋箍筋复合约束高强混凝土柱，该柱可充分发挥高强材料性能的同时具有良好的延性。

研究内容：

本文对高强方钢管高强螺旋箍筋复合约束高强混凝土柱轴压性能进行了有限元分析，给出了轴压柱的设计建议。基于统一理论，提出高强方钢管高强螺旋箍筋复合约束高强混凝土柱的组合应力–应变曲线计算公式。考虑材料强度对高强方钢管高强螺旋箍筋复合约束高强混凝土柱轴压性能的影响，建立高强钢管、高强混凝土和高强螺旋箍筋的强度匹配准则。

结论：

（1）通过将钢管和混凝土视为一种组合材料，建立了高强方钢管高强螺旋箍筋复合约束高强混凝土柱的组合应力–应变曲线计算公式。所建立的公式与试验结果吻合较好，表明提出计算公式的可靠性。

（2）随着混凝土强度的增加，高强螺旋箍筋对高强方钢管高强混凝土柱轴压性能的增强作用逐渐减弱。当长细比大于40时，由于钢管强度不能充分发挥，增加钢管强度会导致高强方钢管高强螺旋箍筋复合约束高强混凝土柱的延性迅速降低。随着钢管壁厚的增加，高强方钢管高强螺旋箍筋复合约束高强混凝土柱的延性不断提高。

（3）随着长细比的增加，高强螺旋箍筋对高强方钢管高强混凝土柱轴压性能的增强作用逐渐减弱。高强方钢管高强螺旋箍筋复合约束高强混凝土柱的长细比不应超过60，因为较大的长细比显著降低轴压承载力和延性。当长细比小于40时，可以充分发挥高强材料强度。当长细比大于40时，螺旋箍筋的间距和直径对轴压性能影响较小。当长细比为40~60时，可以采取增加钢管壁厚来增强对混凝土的约束。

（4）钢管和混凝土之间的强度匹配对高强方钢管高强螺旋箍筋复合约束高强混凝土柱力学性能的影响较大。尽管高强螺旋箍筋可以提高高强方钢管高强混凝土柱的延性，但高强螺旋箍筋强度可能无法充分发挥。基于材料性能充分发挥，建立了高强钢管、高强混凝土和高强螺旋箍筋的强度匹配准则。

（初审：段羽复审：韩风毅终审：赵庆明）