高强冷弯矩形钢管混凝土短柱轴压承载力试验研究

文献概况与背景意义

该文献发表于《华侨大学学报（自然科学版）》2019年第3期，由长江大学饶玉龙团队完成，聚焦于高强冷弯矩形钢管混凝土（CFHCST）短柱的轴压承载力。高强冷弯钢管（屈服强度≥460MPa）具有轻质高强、生产高效等优点，在建筑与桥梁结构中应用日益广泛。然而，高强钢材的塑性变形能力较差，与混凝土的组合效应可能不同于普通强度钢材，因此需要专门研究。

文献以钢管壁厚、钢材强度和截面尺寸为参数，设计了多组试件进行轴压试验，分析了荷载-位移与荷载-应变曲线的变化规律，揭示了宽厚比与长宽比对构件性能的影响。

关键技术参数与性能分析

工作阶段划分

CFHCST短柱的轴压过程可分为三个阶段：

• 弹性阶段：荷载-位移曲线呈线性，钢管与混凝土协同工作，无可见损伤；
• 弹塑性阶段：钢管开始屈服，曲线斜率逐渐降低，核心混凝土出现微裂缝；
• 破坏阶段：钢管局部屈曲，混凝土压碎，承载力急剧下降。

与普通钢管混凝土相比，高强冷弯钢管的屈服点更高，因此弹性阶段更长，但弹塑性阶段更短，破坏更突然。这要求设计中应充分考虑延性储备。

参数影响分析

宽厚比减小时，钢管壁厚相对增加，对核心混凝土的约束作用增强，承载力提高。但壁厚增加导致钢管自身刚度增大，混凝土的压缩变形空间减小，构件延性降低。长宽比的影响类似，方形截面（长宽比接近1）的约束效果优于矩形截面。钢材强度提高时，承载力提升明显，但高强钢材的塑性变形能力下降，构件延性随之降低。

工程实践结合与反思

冷弯成型工艺的影响

高强冷弯钢管在成型过程中，弯曲角处存在显著的加工硬化与残余应力。冷弯区的屈服强度可能比母材提高10%～20%，但塑性降低，且存在应变时效现象。在轴压荷载下，冷弯区可能先于其他区域发生局部屈曲。因此，建议对冷弯钢管进行去应力退火处理，或采用冷弯后正火工艺，恢复钢材的塑性。

设计建议

根据试验结果，建议在CFHCST短柱设计中：

• 控制宽厚比不超过40，确保足够的约束效果；
• 长宽比不宜大于2，避免约束不均匀；
• 当采用Q460及以上强度钢材时，应适当增加钢管壁厚或设置加劲肋，提高延性。

关键疑问与思考

文献中试件的钢材强度等级未明确给出，不同等级的高强钢（如Q460、Q550、Q690）对构件性能的影响是否存在差异？高强钢的焊接性能较差，冷弯钢管的焊缝区域是否存在脆化风险？此外，冷弯钢管的截面角部半径对约束效果的影响如何？文献未涉及这些细节，建议后续研究补充。

学习心得与启示

该文献为高强冷弯矩形钢管混凝土短柱的设计提供了试验依据，强调了宽厚比与长宽比的关键作用。从制造与焊接角度，高强冷弯钢管的加工工艺需严格控制，避免冷弯裂纹与焊缝缺陷。在工程应用中，建议优先选用热轧或正火态高强钢管，以减少冷弯带来的不利影响。同时，应结合有限元分析进行参数优化，在承载力与延性之间取得平衡。未来在项目中，我将更谨慎地使用高强冷弯钢管混凝土构件，确保结构安全可靠。