作者：周绪红，甘丹，周政，刘永健，李泽湘，李洪鹏（重庆大学土木工程学院；湖南大学土木工程学院）

出处：钢结构（中英文），2024，39(1): 1-28，DOI：10.13206/j.gjgS23071102

主题：斜拉肋加劲钢管混凝土结构（方钢管混凝土加劲与界面剪力传递技术）

原文官方阅读链接：[http://gjg.ic-mag.com/article/doi/10.13206/j.gjgS23071102](http://gjg.ic-mag.com/article/doi/10.13206/j.gjgS23071102)

摘要：方钢管混凝土柱因截面开展、抗弯刚度大、节点构造简单、便于建筑布置而广泛用于超高层与重载结构，但方钢管对核心混凝土的约束弱于圆钢管，且钢管与混凝土界面纵向剪力传递不足，需在管内加劲并焊接剪力连接件。文章将已有加劲形式归纳为点约束、横向封闭式约束、开放式纵向线约束三类；重点介绍近年新发展的斜拉加劲肋（在方钢管两邻边斜向焊接肋板），可实现纵横向连续封闭约束并兼作剪力连接件。系统总结斜拉肋加劲钢管混凝土在构件（轴压、偏压、抗震、超短柱受剪）、节点（柱-RC梁节点轴压与抗震、黏结滑移）、体系（框架静力弹塑性、IDA、地震易损性）三个层面的力学性能与设计方法，给出构造建议、宽厚比限值、厚度匹配与轴压比限值。

一、研究背景与研究出发点

研究背景：钢管混凝土柱承载力高、延性好、施工快，是超高层与大型公共建筑主要竖向构件。其中方钢管混凝土相比圆钢管截面开展、抗弯刚度大、与梁节点连接简单、方便建筑空间布置，工程应用更广；但方钢管对核心混凝土的约束作用弱（阳角处混凝土几乎无约束），同时薄壁钢管易发生局部屈曲，钢管与混凝土界面纵向剪力传递不足，组合效应难以充分发挥。传统做法是在管内焊接加劲肋或栓钉（剪力件），但既有加劲形式或约束不连续、或施工繁琐、或难以同时解决"约束混凝土"和"传递界面剪力"两个问题。

研究出发点：针对方钢管混凝土组合效应弱的瓶颈，周绪红院士团队提出斜拉加劲肋新构造——在方钢管相邻两斜向内壁焊接肋板，使肋板对角拉结，同时承担"约束混凝土"和"传递界面剪力"双重功能。文章系统梳理该体系从构件、节点到整体框架的研究成果，明确其受力机理与设计方法，为推广高效加劲钢管混凝土柱提供依据。

二、节点分类与构造方案

说明：文章将方钢管混凝土内部加劲构造归纳为三类传统形式，并引出第四类新型斜拉肋方案：

1. 点约束（栓钉/焊钉）：在钢管内壁点焊栓钉，靠点焊局部传力，主要解决界面剪力传递，对混凝土约束作用弱；

2. 横向封闭式约束（横隔板）：每隔一定间距在管内焊接横向隔板，形成横向封闭约束，但加工复杂、混凝土浇筑振捣困难，易形成质量缺陷；

3. 开放式纵向线约束（纵向直肋/直板加劲肋）：沿管壁纵向焊接直肋，形成纵向线约束，可抑制局部屈曲，但约束沿截面不闭合，混凝土角部仍缺乏有效约束；

4. 斜拉加劲肋（新型方案）：在方钢管两相邻斜向内壁焊接斜向肋板，肋板沿对角线方向拉结，形成纵横向连续封闭式约束，肋板本身兼作剪力连接件，无需另焊栓钉，构造高效。

三、提升方案对比分析

说明：对比三类传统加劲形式与斜拉肋在约束效果、界面传力、施工便利性、局部屈曲抑制等方面的差异。

1. 点约束（栓钉）：仅解决界面剪力，对混凝土几乎无约束，钢管局部屈曲抑制有限；

2. 横向封闭式约束（横隔板）：横向约束强，但施工难、混凝土浇筑质量难保证，纵向传力不连续；

3. 开放式纵向直肋：纵向抑制局部屈曲效果好，但截面约束不闭合，角部混凝土仍弱；

4. 斜拉加劲肋：兼具纵向线约束与横向封闭约束，斜向拉结可同时传递界面剪力、约束核心混凝土、延缓钢管局部屈曲，加工不需横隔板、不影响混凝土浇筑，综合效率最高。

结论：斜拉肋集合了前三种加劲形式的优点，有效传递界面剪力、约束混凝土、避免或延缓钢管局部屈曲，显著提升方钢管混凝土柱的承载力、变形能力和抗震性能；文章进一步建议了斜拉肋合理构造形式、钢管宽厚比限值、肋板与钢管厚度匹配关系及轴压比限值。

四、研究结论与工程应用价值

研究结论：

1. 斜拉加劲肋是一种高效方钢管混凝土加劲形式，可实现纵横向连续封闭约束并兼作剪力连接件，克服了传统点约束、横隔板、纵向直肋各自的缺陷；

2. 构件层面：建立了斜拉肋加劲柱压弯承载力计算的修正塑性应力分布方法，揭示了超短柱受剪机理并建立抗剪模型；

3. 节点层面：明确了斜拉肋方钢管混凝土柱-RC梁节点的轴压与受剪机理，提出考虑轴压比与柱受压区高度的修正黏结滑移公式，可实现"强节点、弱构件"；

4. 体系层面：通过静力弹塑性、IDA与地震易损性分析，明确了框架的屈服机制与抗倒塌机制。

工程应用价值：

1. 为超高层、重载大跨度建筑采用方钢管混凝土柱提供了一种高效、易施工的加劲构造方案；

2. 给出的宽厚比限值、厚度匹配、轴压比限值等可直接指导工程设计与规范条文编制；

3. 适用于钢管混凝土柱-RC梁混合框架、超高层巨型柱、桥梁桥墩等场景，在节约钢材、减小柱截面、提升抗震韧性方面具有显著经济效益，是钢-混凝土组合结构的前沿发展方向之一。