高强钢管-活性粉末混凝土（RPC）组合柱约束机理及力学性能研究

The high strength and high performance concrete filled steel tube is a kind of composite structure. However research results show that to maximize the combined advantage of the concrete filled steel tube structure，improving the strength of the concrete alone is not enough. It is required to use matching high-strength steel tube as well. Among the high strength and high performance concrete, reactive powder concrete (RPC) is the most promising at present. Therefore, it is proposed to conduct a research on composite structure of RPC filled high-strength steel tube and study on constitutive model of RPC for composite column under the restriction of high-strength steel tube. Research will be conducted on the performance of composite column under axial and eccentric load, and formulas will be proposed to calculate the ultimate bearing capacity for short and middle long composite column of RPC filled high-strength steel tube; study will be carried out on hysteretic behavior of composite column to establish the restoring force model. A final study will concentrate not only on matching relationship between high-strength steel tube and high performance concrete, but also on constraint mechanism of the combination. The research can inject new vigor and vitality into the development of CFST composite structure with a new direction.

在钢管中充填高强高性能混凝土可形成钢管高强高性能混凝土组合结构，但研究表明要最大程度地发挥钢管混凝土结构的组合优势，单纯依靠提高管内混凝土的强度是不够的，还必须与之匹配地使用高强、高性能钢管。为适应我国节能环保发展战略，高强高性能混凝土得到大力推广，基于此，本项目提出了将高强钢管与目前最具发展前景的高强高性能混凝土—活性粉末混凝土（RPC）进行组合的研究思路。本项目以高强钢管—RPC组合结构的主要受力构件-组合柱为研究对象，进行组合柱轴心与偏心受压性能研究，同时开展高强钢管约束下RPC的本构模型研究，并在此基础上提出高强钢管RPC组合短柱及中长柱的极限承载力计算公式；其次，开展组合柱的滞回性能及恢复力模型研究，建立其恢复力模型；最终开展高强钢管与高强混凝土材料匹配关系和组合约束机理研究。研究可为钢管混凝土组合结构的发展注入新的生机与活力，开拓新的方向。

为了满足现代建筑结构在复杂条件下的受力要求，且最大程度发挥钢管混凝土组合材料优势，本项目开展了高强钢管活性粉末混凝土（RPC）组合结构受力性能研究。首先基于损伤力学理论和RPC三轴围压试验，建立了围压约束下RPC轴压本构模型及损伤演化方程，结果表明该本构关系式可以较好反映出约束RPC构件的受力性能；其次以含钢率为参数，开展了28根四种材料强度组合钢管混凝土短柱轴压受力性能试验研究，了解不同材料强度组合对组合柱受力机理影响，分析套箍效应对承载力增强方面的作用；基于大材料强度范围（混凝土强度22.8~171.5MPa，钢材强度184.8~1233MPa）内276根钢管混凝土轴压短柱试验结果，建立了轴压短柱试验统计数据样本，提出了轴压作用下高强钢管RPC组合短柱承载力计算公式，并建立了不同材料强度组合下的钢管混凝土柱截面参数匹配设计方法，可直观、快速地实现基于承载力的组合柱截面参数设计；在此基础上以长径比为参数，开展了33根多种材料强度组合钢管RPC轴压柱稳定性能试验及相关参数受力分析，提出了高强材料组合柱轴压稳定承载力计算公式；以含钢率为参数，开展了10根多种材料强度组合钢管RPC梁纯弯试验及分析，提出了高强材料组合纯弯梁计算公式；并以含钢率、偏心距及长细比为参数，开展了59根钢管RPC和高强钢管RPC柱偏压受力性能试验及分析，提出了高强材料组合柱偏压稳定承载力的计算公式；最后以轴压比、含钢率以及试件长度为参数，开展了19根多种材料强度组合钢管RPC柱拟静力试验，分析了不同参数下各组合柱在位移（变形）、延性、耗能等方面的差异，并采用三折线简化模型模拟钢管RPC组合柱截面弯矩-曲率骨架曲线，建立了各个特征点简化计算公式。本项目的研究成果将为高强钢管高性能混凝土组合结构的工程应用提供理论与实践基础。