创新的钢筋混凝土填充钢管结构：基于实验与分析的弯曲性能研究

《Scientific Reports》：Innovative reinforced concrete-filled steel tube system: experimental and analytical flexural investigations

　　

摘要

本研究提出了一种创新的钢筋混凝土填充钢管（RCFST）结构体系，其中钢管仅延伸有限的跨度长度。通过实验研究了该RCFST梁的弯曲性能，考虑了两个关键设计参数——宽深比（细长型 vs. 浅型）和两种钢管厚度（1.4毫米和1.8毫米）——并以两种对照梁作为对比基础，共计测试了六根梁。钢管长度为900毫米，相当于有效跨度的50%，内部装有间距紧密的刚性加劲筋以防止上翼缘发生屈曲；同时还加入了剪力钉，以确保混凝土与下钢翼缘之间的良好结合和共同作用。RCFST梁在位移控制试验模式下进行了三点加载试验，使用应变计和LVDT记录了整个试验过程中的应变和位移数据。结果表明，细长型梁的弯曲承载能力提升更为显著（43.6%至51.7%），而浅型梁的提升幅度为24.0%至33.9%。与对照试样相比，浅型梁（1.4毫米厚度）的弯曲刚度和跨中挠度分别提高了73.8%和111.5%。无论是对浅型还是细长型梁，其延性指数和韧性都得到了显著改善，尤其是使用较厚钢材的情况。通过对RCFST梁进行理论弯矩-曲率响应分析和纤维截面分析，其预测的承载能力与实验结果较为吻合。