薄壁钢箱混凝土短柱的弱约束效应

为研究薄壁钢箱混凝土的弱约束效应,开展了9个薄壁钢箱混凝土短柱轴压试验和6个圆形钢管混凝土、普通钢筋混凝土短柱对照组试验,获得了构件破坏模式、荷载-位移曲线、极限承载能力、组合强度、轴压刚度、截面应变分布等力学行为。与圆形钢管混凝土、普通钢筋混凝土构件进行对比分析,系统阐明了薄壁钢箱对混凝土的弱约束效应、薄壁钢箱与混凝土的变形协调关系。基于薄壁钢箱对混凝土强度的提升贡献,建立了考虑弱约束效应的薄壁钢箱混凝土短柱轴压承载力计算方法。结果表明:极限承载力和轴压刚度随含钢率、约束效应系数的增大而增大,随钢板宽厚比的增大而减小;弱约束效应下,薄壁钢箱在30%~40%极限荷载时局部鼓曲,此后钢箱与混凝土出现变形不协调现象,混凝土达到极限状态时呈脆性压溃,截面有效承压面积减小、下降段陡峭、承载力下降迅速,但后期依靠钢箱维持承载而延性较好;矩形钢箱混凝土和圆形钢管混凝土在小含钢率情况下,弹性、弹塑性阶段的力学行为相似、极限承载力和轴压刚度相近,但圆形截面呈延性破坏且下降段约束效应优于矩形截面;薄壁钢箱混凝土比普通钢筋混凝土承载能力提升约15%、轴压刚度提升约5%,且施工无需绑扎钢筋和安拆模板,在结构方案设计时具备竞争优势与潜力。所提承载力计算方法经验证精度可靠,可为薄壁钢箱混凝土结构设计提供指导。