轴压时钢管对混凝土约束作用效率受哪些因素影响？

轴压时，钢管和混凝土受压在一起，在弹性阶段各自独立工作。 此后，直至钢管受压屈服，混凝土的侧向变形系数逐渐增大并超过0.5甚至达到1.0，钢管的纵向应力水平逐渐下降，钢管的环向应力水平逐渐下降。 应力水平逐渐增大，轴压荷载逐渐转移到混凝土上。 对于圆形截面，由于约束作用较强，在数值上形成交点（图1），最终圆形钢管对混凝土的约束系数为1.7。 那么哪些因素影响轴压时钢管对混凝土的约束效率呢？

首先是钢管的截面形式。 方形钢管的约束系数为1.2，六角钢管的约束系数为1.3，八角钢管的约束系数为1.5，圆形钢管的约束系数为1.7。 可见，钢管的边数越多，约束作用越强。 。

二是加载方式。 荷载首先作用在混凝土上，增强约束作用； 载荷首先作用在钢管上，约束作用减弱。

三是金属管材的弹性模量。 铝合金的弹性模量仅为钢的1/3，圆形铝合金的约束系数由1.7降低到1.47。

第四是填充混凝土的性质。 当为轻骨料混凝土时，其弹性模量和膨胀角减小，约束作用减弱，圆钢管的形状约束系数由1.7降低到1.57。

第五是钢材的强化模量。 当是冷弯型钢和不锈钢时，钢的强化模量增加。 方钢管的形状约束系数由普通钢管的1.2提高到1.25、1.4。 圆形不锈钢的形状约束系数从1.2增加到1.25和1.4。 普通钢管的1.7提高到2.0。

第六，内填充钢管、钢管或外纤维材料会降低钢管对混凝土的约束作用。

第七是内部约束拉杆。 各类拉杆直接约束混凝土，增强钢管对混凝土的约束作用。 TIC形双向拉杆适用于各种截面，圆形、螺旋箍筋适用于圆形截面。 各种拉杆可制成拉杆笼，然后放入钢管内。 如果将它们焊接到钢管内表面，则起到直接约束混凝土和加强钢管约束混凝土的作用。 如果它们与钢管内表面自由接触，则仅产生直接作用。 约束混凝土的作用，当然直接约束混凝土是第一位的。

a-载荷-应变曲线比较； b-钢管应力应变曲线对比； c-荷载-横向变形系数曲线比较。

图1 钢管短圆柱轴压荷载过程中参数变化对比

参考

[1] 王育银. 圆钢管高强混凝土短柱轴压基本性能研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学，2003．

以上内容摘自

《钢管混凝土轴压约束原理》（丁发兴主编）

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