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恒高温下带钢筋加劲肋薄壁T形钢管混凝土短柱轴压性能：试验、机理与参数解析

一、绪论

1.1研究背景与意义

钢管混凝土结构作为一种高效的组合结构形式，近年来在土木工程领域得到了广泛的应用与关注。它巧妙地将钢材的抗拉性能与混凝土的抗压性能相结合，充分发挥了两种材料的优势。在钢管的约束作用下，内部混凝土处于三向受压状态，抗压强度显著提高，同时混凝土也增强了钢管的稳定性，防止其过早发生局部屈曲。这种协同工作机制使得钢管混凝土结构具有承载力高、延性好、抗震性能优越等诸多优点。在高层和超高层建筑中，钢管混凝土柱能够以较小的截面面积承受巨大的竖向荷载，有效增加建筑的使用空间，同时其良好的延性和耗能能力在地震等灾害作用下能为结构提供可靠的安全保障；在桥梁工程中，钢管混凝土拱肋结构以其轻质高强的特点，跨越能力强，造型美观，成为大跨度桥梁的理想选择。

随着建筑功能和造型的日益多样化，对结构构件的形状和性能提出了更高的要求，异形柱应运而生。异形柱能够更好地适应建筑平面布局和空间设计的需要，如在住宅建筑中，T形柱可灵活布置在墙角处，避免了传统矩形柱对室内空间的影响，提高了空间利用率；在复杂造型的公共建筑中，异形柱可满足建筑独特的外观设计要求，使建筑更加美观、富有创意。然而，异形柱由于截面形状不规则，在受力性能上存在一些特殊性，如应力分布不均匀、局部应力集中等问题，导致其承载能力和稳定性相对传统矩形柱有所降低。因此，研究异形钢管混凝土柱的力学性能，对于拓展钢管混凝土结构的应用范围，满足现代建筑多样化的需求具有重要的工程实际意义。

在实际工程中，结构可能会遭受火灾等高温环境的影响，恒高温对钢管混凝土结构的性能有着显著的破坏作用。高温下，钢材的屈服强度和弹性模量会急剧下降，混凝土也会发生物理和化学变化，导致其强度和刚度降低，二者之间的协同工作性能也会受到严重削弱。这使得钢管混凝土结构在高温下的承载能力和稳定性面临严峻挑战，如在火灾发生时，若钢管混凝土结构不能保持足够的力学性能，可能会导致结构局部或整体坍塌，造成严重的人员伤亡和财产损失。因此，研究恒高温下钢管混凝土结构的性能变化规律，对于结构的防火设计和安全评估至关重要。

为了改善薄壁钢管混凝土结构在受力过程中钢管易发生局部屈曲的问题，提高其承载能力和稳定性，在钢管内部设置加劲肋是一种有效的措施。加劲肋能够改变钢管的受力状态，增加其局部刚度，延缓局部屈曲的发生，从而提高结构的整体性能。例如，在一些薄壁钢管混凝土柱中设置纵向加劲肋后，构件的承载能力和延性得到了明显提升。然而，目前对于带钢筋加劲肋薄壁T形钢管混凝土短柱在恒高温下轴压性能的研究还相对较少，其受力机理和性能变化规律尚不完全明确。深入研究这一课题，不仅可以丰富钢管混凝土结构的理论体系，完善异形柱在高温环境下的力学性能研究，还能为实际工程中该类结构的设计、施工和维护提供科学依据，提高结构在复杂环境下的安全性和可靠性，具有重要的理论意义和工程应用价值。

1.2国内外研究现状

在钢管混凝土短柱轴压性能研究方面，国内外学者开展了大量的工作。国外研究起步较早，美国、日本、欧洲等国家和地区在理论分析和试验研究方面取得了丰富的成果。美国学者通过大量的试验数据，建立了较为完善的钢管混凝土轴压短柱承载力计算模型，考虑了钢材和混凝土的材料性能、截面尺寸等因素对承载力的影响；日本学者则侧重于研究钢管与混凝土之间的粘结滑移性能，通过微观试验和数值模拟，揭示了粘结滑移的发生机制及其对结构性能的影响规律。国内在这方面的研究也取得了显著进展，众多高校和科研机构进行了深入研究。例如，通过对不同截面形式和材料参数的钢管混凝土短柱进行轴压试验，分析了其破坏模式、极限承载力和变形性能等；在理论研究方面，基于试验结果和力学原理，提出了适合我国国情的钢管混凝土轴压短柱设计方法和计算公式，如《钢管混凝土结构技术规范》（GB50936-2014）中的相关规定，为工程应用提供了重要的依据。

关于高温对钢管混凝土短柱轴压性能的影响，国内外也有不少研究成果。国外一些研究通过高温试验，分析了高温下钢材和混凝土的材料性能劣化规律，以及钢管混凝土短柱的温度场分布、力学性能变化和破坏形态等；在数值模拟方面，采用有限元软件对高温下钢管混凝土短柱的受力性能进行了模拟分析，验证了试验结果的准确性，并进一步研究了不同参数对结构性能的影响。国内学者同样进行了大量的试验和理论研究，对不同强度等级的混凝土和不同类型的钢材在高温下的性能进行了系统研究，提出了相应的高温本构模型；通过对高温后钢管混凝土短柱的轴压试验，研究了其剩余承载力和变形性能，为火灾后结构的评估和修复提供了理论支持。

在加劲肋在钢管混凝土结构中的应用研究方面，国外研究主要集中在加劲肋的形式、布置方式对结构性能的影响。通过试验和数值模拟，