以陶粒混凝土中的膨胀剂掺量(0、4%、8%、12%)和钢管壁厚(含钢率)为变量,制作了12组(24根)短柱,进行了轴压试验。结果表明:在本试验的膨胀剂掺量范围内,圆钢管微膨胀陶粒混凝土短柱试件的轴压承载力随膨胀剂掺量的增大而逐渐提高;根据试验结果建立了考虑膨胀剂掺量的受圆钢管约束微膨胀陶粒混凝土的强度准则计算公式,进而推导出了考虑膨胀剂掺量的圆钢管微膨胀陶粒混凝土短柱的极限承载力公式。

为了分析薄壁方形钢管混凝土的力学性能,考虑到钢材成本,在含钢量不变的条件下,对8个短柱试件进行轴压试验。通过改变构件的截面厚度和加肋形式,分析了薄壁方管内侧设单向直肋、设双向直肋和外部设单向直肋对薄壁钢管混凝土短柱的极限承载力、破坏特征及受力性能的影响。试验结果表明,在含钢量不变的情况下,构件内部设肋可以有效延缓薄壁方形钢管混凝土构件管壁局部屈曲的发生,设双肋比设单肋效果更加明显,但在改善构件极限承载力方面,效果并不明显;外侧设加劲肋的设置不能有效延缓钢管混凝土管壁的局部屈曲。

为探究钢管混凝土短柱的收缩变形并补偿收缩,进行了2个钢管混凝土短柱收缩试验和5个不同膨胀剂掺量收缩补偿试验研究。试验结果表明,普通钢管混凝土在密封状态下,早期发生膨胀,之后由于水化收缩、徐变收缩及温度收缩等使混凝土发生收缩现象;径向收缩的影响会使钢管对混凝土的紧箍力推迟产生,影响钢管混凝土的力学性能;膨胀剂掺量为12%时,能够完全补偿混凝土的收缩,使核心混凝土与钢管壁紧密结合,且承载力高、变形小,为最佳掺量。

采用带约束拉杆矩形钢管混凝土的本构关系,利用纤维模型法对带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱承载力进行了数值分析,计算结果与试验结果吻合良好。利用经试验结果验证的计算程序对带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱轴压和单、双向偏压承载力进行了较系统的参数分析,回归出带约束拉杆矩形钢管混凝土轴压和单、双偏压承载力简化计算公式,公式的计算精度高,形式简单,便于应用,可供工程设计参考。