Behaviour of concrete-encased CFST columns under combined compression and bending

钢管混凝土叠合柱在结构工程中由于其优良的结构性能受到了越来越多的关注。本文作者安钰丰和韩林海来自清华大学土木工程系，他们对钢管混凝土叠合柱在组合受压和受弯工况下的行为进行了研究。在实际工程中，这类柱子常被用作建筑物或桥梁桥墩的柱子，可能会同时承受轴向荷载（N）和弯矩（M）。由于实际应用中可能出现不同的荷载路径，因此研究其在各种荷载条件下的性能对于确保结构安全具有重要意义。 研究采用有限元分析（FEA）模型来分析复合柱的性能。通过有限元模型，研究者对典型破坏模式、荷载-横向位移关系的全过程响应、内部钢管混凝土（CFST）和外部钢筋混凝土（RC）构件的荷载分布以及钢管与混凝土之间的接触应力进行了分析。此外，文章还探讨了柱子的细长比、混凝土和钢材的强度、CFST的钢材比、纵筋比和CFST直径等因素对复合柱截面承载力的影响。 在引言部分，作者提到了实践中可能遇到的两种不同的荷载路径。第一种荷载路径是N和M按比例同时作用于复合柱上，比如偏心受荷的柱子；第二种荷载路径是先施加N，保持恒定，随后再施加M直至柱子破坏。这些不同的荷载路径可能会导致复合柱产生不同的响应和破坏模式。 文章还提出了关键词，包括“钢管混凝土”（Concrete-filled steel tube，CFST）、“混凝土包裹”（concrete-encased）、“组合柱”（composite column）以及“组合受压和受弯”。 研究中采用的FEA模型可以对复合柱的全范围荷载-横向位移关系进行准确模拟，模型预测与实验测量结果在破坏模式、荷载-变形关系和极限荷载方面有较为一致的结论。研究结果不仅为工程人员提供了关于钢管混凝土叠合柱在不同工况下的性能的深入理解，而且为后续的设计提供了理论依据和参考。 钢管混凝土叠合柱结构设计的优化，不仅可以提升建筑物和桥梁的安全性，同时也为工程领域提供了新的材料使用方案和施工技术参考。这项研究显示了现代计算工具在工程实践中的重要应用，特别是在模拟复杂工况时的高效性和准确性。通过优化设计，可以减少材料使用，降低工程成本，同时提高结构的承载能力，这正是现代土木工程领域研究的重点之一。