引言
空心钢筋混凝土（HRC）因其较高的刚度重量比和对基础需求较低的特点，已广泛应用于高层建筑桥墩和塔柱中[[1], [2], [3]]。然而，震后调查表明，横向约束不足和腐蚀性介质导致的性能退化可能使钢筋混凝土结构容易发生脆性破坏[[4], [5], [6]]。为应对这些缺陷，近年来提出了多种措施，包括钢管箍套、FRP约束以及高性能混凝土的使用[[7], [8], [9]]。
热镀锌波纹钢管（CST）是一种成熟的耐腐蚀管材产品，已广泛应用于桥梁涵洞、管道涵洞、公用隧道和加固工程中超过一个世纪，如图1(a)所示[10,11]。螺旋型CST由镀锌钢带经过冷弯形成波纹、螺旋卷制并折叠形成锁缝而成，如图1(b)所示[10]。连续的波纹结构显著提高了其屈曲抗力和横向刚度[[12], [13], [14]]。此外，由于涂层的强附着力，CST通常可以实现超过80年的使用寿命[[15], [16], [17]]。自20世纪90年代以来，Tomii等人[18]、Biddah和Ghobarah等人[[19], [20], [21]]以及Majid等人[22]等研究人员尝试使用波纹钢套加固现有RC柱或节点。结果表明，加固后承载力和耗能能力得到了有效提高。
在此背景下，2017年作者将薄壁CST引入传统HRC中，从而开发了钢管混凝土双皮波纹钢管（CFDCST）组合构件[12]。如图2所示，CFDCST由外层CST、内层CST以及夹在中间的钢筋混凝土组成。在施工过程中，CST可作为永久模板使用，从而简化施工过程。在服役过程中，双层CST可为夹心混凝土提供横向约束和腐蚀保护，有效提高了其力学性能和耐腐蚀性。作者之前已对CFDCST构件在轴压、偏心受压、弯曲以及压弯组合作用下的静力和滞回性能进行了一系列研究[10,[23], [24], [25], [26], [27]]。结果表明，CST的引入有效缓解了HRC的脆性破坏模式并综合提升了其力学性能，尽管CST的实际含钢率仅为约3%。具体而言，与相应的HRC试件相比，在轴压、偏心受压和弯曲荷载下，CFDCST试件的承载力分别提高了23.8% [10,23]、32.2–34.9% [24]和28.2% [26]。此外，其变形能力和耗能能力也得到了有效提高[27]。由于令人满意的力学性能、耐久性和施工效率，CFDCST构件适用于桥梁工程、建筑结构和能源基础设施等领域。
关于CST-混凝土组合构件的研究已开展十多年。2010年，Han等人提出使用薄壁CST作为钢管混凝土双皮钢管（CFDST）构件的内管，并于2015年通过实验验证了这一概念的可行性[28,29]。2015年和2017年，作者提出了两种新型组合构件，即钢管混凝土波纹钢管（CFCST）[[11], [12], [13], [14], [15],[30], [31], [32]]以及CFDCST构件[10,[23], [24], [25], [26], [27]]，并对其静力和滞回性能进行了系列研究。结果表明，外层CST主要提供径向约束，其最大名义环向应力几乎达到屈服强度，而仅承受有限的竖向荷载[11]。其工作机理和屈曲行为与承受大量竖向荷载的扁钢钢管有所不同[33,34]。此外，使用薄壁内层CST可以在保持内部支撑的同时减少内管壁厚。最近，一些研究人员还研究了CST-混凝土组合构件的静力、滞回和冲击性能，进一步证实了其令人满意的力学性能和耗能能力[[35], [36], [37], [38], [39], [40]]。总体而言，类似CFDST的性能已得到较为充分的调查研究。然而，对于新型CFDCST，现有研究仅关注了其轴压、偏心受压、弯曲和滞回性能，而其稳定性能尚未得到系统研究。
在实际工程中，CFDCST构件通常被设计为细长柱，用于桥墩、塔柱和高层建筑等场景。在长细比和空心率的耦合作用下，外层CST的约束效应、内层CST的支撑有效性以及二阶效应对整体性能的影响应进行定量评估。因此，本研究对八个大尺寸细长CFDCST试件进行了轴压试验，并对试验结果进行了详细分析。随后，建立了实体有限元（FE）模型进行应力分析以量化非均匀约束效应。在此基础上，开发了一种纤维有限元方法，并进一步进行了全面的参数分析。最后，基于试验和有限元分析结果，提出了一种CFDCST构件稳定承载力的计算方法。
