异形多腔钢管混凝土柱往复轴压性能试验的学习体会

文献概况与研究意义

本文发表于《哈尔滨工业大学学报》2019年第51卷第12期，由北京工业大学建筑工程学院殷飞、薛素铎等完成。研究背景源于Z15大厦这一标志性工程——该建筑采用异形多腔钢管混凝土柱作为核心承重构件，其截面形状复杂、内部构造多样，传统的钢管混凝土柱设计方法难以直接适用。通过3个以Z15大厦为原型的大尺寸试件的往复轴压试验，系统研究了内置钢筋笼和内置圆钢管对异形多腔钢管混凝土柱受力性能的影响。

试验方案与关键发现

试件设计与构造对比

试验设置了3个大尺寸异形多腔钢管混凝土柱试件，分别考察了不同构造措施的效果：

关键性能指标对比

钢管焊接与制造技术要求

异形多腔钢管混凝土柱的制造对焊接工艺提出了极高的要求。从我的专业视角来看，以下制造环节需要重点关注：

1. 多腔截面的焊接工艺：异形截面通常由多个板件焊接而成，内部腔体之间的隔板焊接需要采用全位置焊接工艺。建议采用SAW埋弧焊作为主要焊接方法，对于难以到达的位置可采用FCAW药芯焊丝电弧焊。焊缝应达到一级质量标准，确保无未熔合、未焊透等缺陷。
2. 内置圆钢管的连接：内置圆钢管与外部异形钢板的连接节点是受力关键部位。建议采用角焊缝加塞焊的组合方式，焊缝形式应满足抗剪和抗拉的双重需求。焊后应进行100%超声波检测（UT），必要时辅以渗透检测（PT）检查表面缺陷。
3. 横隔板的设置与焊接：横隔板在异形多腔钢管混凝土柱中起到增强整体性和传递内力的作用。横隔板与外壁的焊接应采用连续角焊缝，焊缝高度不宜小于板厚的0.6倍。焊接顺序应遵循对称施焊原则，控制焊接变形。

规范适用性分析与工程建议

试验结果表明，采用各国规范（包括中国GB 50936、美国ACI 318、欧洲Eurocode 4等）计算得到的承载力结果均显著小于试验值，主要原因是各国规范均未考虑横隔板的作用及内外钢板不同的屈服机理。这一发现对工程实践具有重要启示：

• 在异形多腔钢管混凝土柱的设计中，不宜简单套用现有规范公式，应通过有限元分析进行补充验证；
• 建议在实际工程中设置内置圆钢管来提高柱的延性和耗能能力，特别是在抗震设防烈度较高的地区；
• 横隔板的设计应充分考虑其对承载力的贡献，在计算中予以适当考虑。

学习心得与启示

本文通过大尺寸试件的往复轴压试验，系统揭示了异形多腔钢管混凝土柱的受力机理和构造措施效果，为Z15大厦等复杂工程的设计提供了科学依据。作为钢管制造与焊接技术领域的从业者，我深刻体会到：异形多腔钢管混凝土柱的制造难度远高于常规钢管混凝土柱，焊接质量的控制是确保结构安全的关键。建议在制造过程中建立完善的焊接工艺评定体系，对每种焊缝形式进行工艺评定和力学性能验证。同时，横隔板的设置不仅对结构性能有显著贡献，也对钢管混凝土的浇筑密实度有重要影响——横隔板可以将混凝土分为多个浇筑段，有利于振捣密实，减少脱空缺陷。制造工艺与结构设计的紧密配合，是实现异形多腔钢管混凝土柱安全经济设计的重要保障。