引用格式：
Wang WD, Jia ZL, Xian W, Shi YL. Performance of SRCFST member under long-term loading and preload on steel tube. Journal of Building Engineering, 2023, 73: 106700.
Highlights:
1. SRCFST columns considering preload on steel tube and sustained load were experimentally studied.
2. The creep of the specimens and the compressive behaviour after creep are analyzed.
3. Influences of various parameters on strength index are investigated and evaluated.
4. A calculation method of compressive capacity for SRCFST columns with combined load is proposed.
论文信息：
论文50天免费下载链接(至2023年6月27日)：https://authors.elsevier.com/c/1h2Xf8MyS96XGP
DOI: 10.1016/j.jobe.2023.106700
一、研究背景
内配型钢钢管混凝土具有承载力高、抗震性强、延性好等特点，已广泛应用在各种高层或超高层建筑、道路桥梁结构中。从结构设计到服役以及最终破坏的全寿命过程中，内配型钢钢管混凝土可能产生的不利因素如图1所示。显然，在建造过程中受施工工艺影响钢管首先承担初荷载，到了使用阶段构件承受长期荷载作用。然而，现有规范对内配型钢钢管混凝土的研究并未考虑钢管初应力和长期荷载作用的影响，但钢管初应力和混凝土收缩徐变对组合构件的受力性能有一定影响。在同一层结构中构件变形差异可能较小，但由于现代建筑层数较多，这种影响不断积累，进而影响整体结构的耐久性和适用性。因此，本文通过试验和有限元开展了钢管初应力和长期荷载共同作用对构件后期受力性能的影响研究。
二、试验设计
为研究内配型钢圆钢管混凝土构件在钢管初应力和长期荷载共同作用下的徐变以及徐变后构件力学性能，共设计了12根试件（含对比试件），试件直径和钢管壁厚均为140mm和3.5mm。主要研究参数为长细比、钢管初应力系数和长期荷载比。其中7根考虑了钢管初应力和长期荷载作用，内置的型钢为工字钢，构件截面尺寸如下图2所示。随后，不同阶段的加载如图3所示。
三、试验结果
试验后试件整体破坏形态如图4所示。可以看出，考虑两种荷载组合作用后试件破坏与不考虑组合作用的对比试件破坏形态无明显区别。对短柱而言，主要表现为钢管局部鼓曲压皱破坏，即试件的破坏形态与是否考虑长期荷载无密切联系。对于长柱而言，在达到轴压承载力之前，试件侧向弯曲变形速率慢，侧向挠曲不显著，而在承载力峰值附近，试件均表现为1/2柱高位置侧向弯曲，混凝土一侧受拉开裂，一侧受压。很显然，考虑组合荷载与否对试件破坏形态影响不显著。
图5为两种荷载作用下长期持荷阶段试件纵向应变-时间变化曲线，结合数值预测得到的试件ε-t曲线分析，可以看到各试件前30天变形量均已达到最终变形的50%以上，而且在100天时变形逐渐趋于平稳状态。图6为不同因素对徐变的影响。可以看出，随初应力系数的增加，抑制了混凝土徐变的发展；但随长期荷载比的增加，徐变增量逐渐增大。图7为考虑两种荷载作用与否实测试件荷载-变形曲线，可以看出，28天试件承载力较低，初始刚度退化较快；而考虑两种荷载与否对试件荷载-变形曲线的变化规律影响不显著。这是因为试验时在长期荷载阶段长期荷载均为轴压加载，构件在长期荷载阶段主要表现为弹性性能，对混凝土破坏影响不大，从而使得混凝土密实性增加。
四、有限元分析
通过合理选取材料本构，采用ABAQUS软件建立了两种荷载共同作用的内配型钢钢管混凝土受压有限元模型，如图8所示。在模型验证的基础上对不同影响参数进行了分析，基于参数分析表明，影响承载力影响系数的主要参数为是否考虑长期荷载、长细比、钢管初应力系数、钢管约束效应系数和偏心率；对于型钢套箍指标虽也有影响，但影响不显著，另外长期荷载比和持荷时间影响也较小。
五、压弯构件承载力计算方法
为了能更好的评估考虑两种荷载作用后压弯构件承载力，基于短期加载时轴压承载力计算方法通过考虑长期荷载和钢管初应力对构件的影响，得到承载力影响系数kcr进而计算最终承载力。
六、结论
Conclusions
1
在钢管初应力和长期荷载共同作用下，SRCFST柱的纵向应变发展规律与单独考虑长期荷载作用时规律相同，在前100天纵向应变发展快。无论如何，钢管初应力的存在会抑制混凝土徐变发展；长期荷载比增大会促进纵向应变增加。
2
考虑组合荷载与否，不影响SRCFST柱的破坏形态，受二阶效应影响会降低长柱承载力。当钢管初应力和长期荷载轴向施加于短柱上时，承载力增加不超10%；由于钢管初应力和长期荷载影响，当长柱承载力大于80%Nu时，抗弯刚度变化加快。
3
通过参数分析得到：考虑组合荷载后，当长细比范围为20-100时，强度指标kcr随长细比增大先降低后增加；随偏心率或钢管屈服强度增加kcr增加；随初应力系数或混凝土强度增加kcr下降。
4
通过参数回归，建议了考虑钢管初应力和长期荷载作用后SRCFST柱强度指标kcr计算方法，结合不考虑全寿命周期的承载力计算方法，可以得到考虑两种荷载作用后的受压承载力。
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贾志路：男，山西人，博士。主要从事钢-混组合结构静力及爆炸冲击性能研究。
2015.09-2018.06，太原理工大学土木工程专业，硕士研究生（导师：王蕊教授）
2018.09-2022.06，兰州理工大学结构工程专业，博士研究生（导师：王文达教授）
2022.07-至今，中北大学，环境与安全工程学院，讲师
作者简介
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Part.8
装配式钢筋混凝土结构
[1].Yuan Yu-Jie, Wang Wen-Da*, Huang Hua. Deformation mechanism of steel artificial controllable plastic hinge in prefabricate frame. Journal of Constructional Steel Reserarch, 2023, 201: 107735.
Part.9
新型高性能结构材料
[1].Gao Fang-Fang, Tian Wei, Wang Wen-Da. Residual impact resistance behavior of concrete containing carbon nanotubes after exposure to high temperatures. Construction and Building Materials, 2023, 366: 130183.
编辑：郑 龙
审核：王文达
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王文达课题组
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兰州理工大学土木工程学院王文达课题组
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