摘要：本文通过对钢管普通混凝土长柱和钢管轻集料混凝土长柱的轴压试验结果进行比较，结合对普通混凝土和轻集料混凝土的本构关系曲线的分析，研究了核心混凝土性能对钢管混凝土轴压长柱稳定系数的影响。研究结果表明：在长细比相同的情况下，钢管混凝土轴压长柱的稳定系数与核心混凝土的峰值应力无关，而取决于核心混凝土的峰值应变。核心混凝土的峰值应变越大，钢管混凝土长柱的稳定系数越大。
关键词：钢管混凝土，稳定系数，核心混凝土，峰值应变
1．引言
钢管混凝土是在钢管中填充混凝土而成的构件[1]。由于其具有优异的性能，在现代大跨度和高耸结构中得到越来越广泛的应用。
作为钢管混凝土构件的重要组成部分，核心混凝土对钢管混凝土的性能有着重要影响。现有理论认为，钢管混凝土长柱的核心混凝土强度等级对稳定系数ϕ 的影响无明显规律[2]。但此结论是建立在钢管普通混凝土轴压性能试验研究基础上的，有一定的局限性。
普通混凝土和轻集料混凝土的性能有着相当大的区别，所以对钢管普通混凝土和钢管轻集料混凝土的力学性能进行对比分析，可以更好地研究核心混凝土性能对钢管混凝土力学性能的影响。文献[3]已经就钢管普通混凝土和钢管轻集料混凝土短柱(λ < 20 )的力学性能进行了对比研究。但实际工程中应用最多的是长细比较大的钢管混凝土长柱(λ > 20 )。本文将通过钢管普通混凝土和钢管轻集料混凝土长柱轴压试验结果的比较，结合对两种不同混凝土的本构关系曲线的分析，研究核心混凝土性能对钢管混凝土长柱稳定系数的影响。
2．钢管混凝土长柱的轴压试验
表1 列出了1982 年在中国建筑科学研究院进行的钢管普通混凝土长柱试验的试件的参数及轴压试验结果[2]。试验中采用的钢管为无缝钢管，混凝土为普通混凝土，所有长柱试件加载时两端均为铰支承。
为了研究钢管轻集料混凝土长柱的受力性能，2005 年在河海大学结构工程实验室进行了钢管轻集料混凝土长柱轴压试验研究。试验中采用的钢管为直缝焊接钢管，混凝土为页岩陶粒轻质混凝土，所有长柱试件两端均为铰支承。表2 中列出了本次试验中试件的参数及轴压试验结果。
两次试验中试件的截面尺寸、材料性能、长细比范围等参数较接近，而且加载方式相似，具有较好的可比性。
3．试验结果的对比分析
图1 中列出了本文中所列的所有试件的稳定系数δ －长细比λ 的关系。从图中可以看出，随着长细比λ 的增大，图中所列的各组试件的稳定系数δ呈现逐渐下降的趋势。
图1 中同时画出了文献[2]中由大量试验结果拟合得到的钢管普通混凝土构件稳定系数δ －长细比λ 关系的经验曲线。对比发现，钢管高强轻集料混凝土试件稳定系数的数据点都分布在钢管普通混凝土柱的δ －λ 关系曲线上方。可见，钢管高强轻集料混凝土长柱的稳定系数要高于具有相同长细比的钢管普通混凝土柱。
对各组试件之间的稳定系数进行对比分析可以发现，核心混凝土性能对钢管轻集料混凝土长柱稳定系数的影响具有一定明显的规律：在长细比相同的情况下，核心混凝土强度为39.3N /mm2 的钢管轻集料混凝土稳定系数最高，其次为核心混凝土强度为25.6N /mm2 的钢管轻集料混凝土，核心混凝土强度为35.7N /mm2 的钢管普通混凝土稳定系数最低。即：
钢管普通混凝土长柱轴压性能的研究表明，长细比较大的钢管混凝土构件中核心混凝土的作用主要是支撑钢管壁，延缓其局部屈曲的发生，构件的承载力主要由钢管提供[4]。当钢管混凝土试件局部的应变超过了混凝土极限应变后，此区域附近填充的混凝土破碎，对钢管的支撑作用丧失。失去侧向支撑的钢管壁在纵向压力的作用下屈曲，构件承载力下降。
可以认为，在其他条件相同的情况下，核心混凝土破碎时的极限应变越大，钢管发生屈曲时的应变也越大，钢管的承载力得到更好的发挥，所以钢管混凝土构件的稳定承载力越高。图2 中列出了三种混凝土的σ —ε 曲线[5][6]。对比三条曲线发现：三种混凝土的峰值应变间的关系与对应的钢管混凝土长柱稳定系数具有一致的变化规律，即:
而作为混凝土强度等级表征的重要性能指标
，即混凝土的本构关系曲线上的峰值应力，与稳定系数并无直接关系。
故认为，在本文研究范围内，钢管混凝土轴压长柱的稳定系数取决于核心混凝土的极限应变，而与核心混凝土的极限应力
无关。
4.结论
通过对钢管普通混凝土和钢管轻集料混凝土长柱轴压试验结果的对比，并结合普通混凝土和轻集料混凝土本构关系曲线的分析，可以得到以下结论：
(1) 核心混凝土性能对钢管混凝土长柱的稳定系数有较大影响。本文研究范围内，在长细比相同的情况下，钢管轻集料混凝土长柱的稳定系数要高于钢管普通混凝土长柱。
(2)本文研究范围内，在长细比相同的情况下，钢管混凝土长柱稳定系数取决于核心混凝土峰值应变，峰值应变越大稳定系数越大，而与混凝土的峰值应力cu f 无关。
参考文献
[1] 韩林海，杨有福．现代钢管混凝土结构技术[M]．北京：中国建筑工业出版社，2004．
[2] 蔡绍怀．现代钢管混凝土结构[M]．北京：人民交通出版社，2003．
[3] 吉伯海，王晓亮，马敬海，杨明．钢管高强轻集料混凝土短柱轴压性能的试验研究[J]．建筑结构学报，2005，5：60-65．
[4] 韩林海．钢管混凝土结构—理论与实践[M]．北京：科学出版社，2004．
[5] 王振宇，丁建彤，郭玉顺．结构轻骨料混凝土的应力-应变全曲线[J]．混凝土，2005，3：39-42．
[6] 混凝土结构设计规范 (GB50010-2002)[S] ．中国建筑工业出版社，2002．
