Page 167 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 樊元帅，等： 压弯与撞击耦合作用后圆端形钢管混凝土柱的剩余力学性能 第 7 期

residual bearing capacity of RE-CFST columns. The effects of impact velocity, eccentricity ratio, axial-load ratio, aspect ratio,
and steel ratio were emphatically studied. Results indicate that with the increase in steel ratio and aspect ratio, the post-impact
residual deflection of the specimens decreases, while the residual bearing capacity improves. Finally, based on response surface
analysis, formulas for the residual deformation after an impact and residual bearing capacity coefficients of these specimens
under the interaction of multiple factors were proposed. The results show that the aspect ratio is a key factor affecting both
post-impact residual deflection and residual bearing capacity coefficients. Furthermore, the interaction between aspect ratio and
eccentricity ratio, as well as between aspect ratio and impact velocity, is significant. The proposed formulas can well predict
the post-impact residual deformation and residual bearing capacity coefficients of RE-CFST columns.
Keywords: round-ended concrete-filled steel tube; impact loading; residual bearing capacity; deflection

圆端形钢管混凝土构件具有延性好、流阻系数低和主弱轴差异明显等特点，已在桥梁主塔、拱肋和
墩柱等结构中得到应用。在服役过程中，该类构件不可避免地会受到撞击荷载的作用。通常，构件在经
历撞击后仍具备一定的承载能力，因此有必要对其撞击后的 剩余力学性能进行研究。
[1]
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Wang 等 、Gao 等 、李珠等 [3] 和 Han 等 [4] 针对圆形和方形钢管混凝土柱进行了抗撞性能研究。结
果表明，在撞击作用下，钢管混凝土柱的临界失效能量随套箍约束作用的增强而提高。谷利雄等 、
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[9]
Shen 等 、Ding 等 [7-8] 、王志滨等 、任志刚等 [10-11] 、梅圣琪等 [12] 和 Zhao 等 [13-14] 对圆端形钢管混凝土柱开
展了轴压、压弯和撞击试验以及有限元分析。结果表明，圆端形钢管混凝土柱的套箍约束效应沿截面分
布不均，其中圆弧段约束作用强于平直段，整体约束效应介于圆形与方形钢管之间。在轴压作用下，试
件主要发生核心区混凝土的剪切破坏以及外钢管的局部屈曲。同时，长宽比、壁厚和含钢率等因素对其
承载力和延性有显著影响。此外，撞击作用下试件的破坏模态主要表现为整体变形，且抗撞性能随着含
钢率和长宽比的增大而提高。随着轴力的增大，试件的抗撞性能和剩余承载力显著降低，这是由于轴力
作用产生了二阶效应，从而降低了试件的抗弯刚度和抗撞性能。目前，尚缺乏关于压弯与撞击耦合作用
后圆端形钢管混凝土柱剩余力学性能的研究。与轴压工况不同，偏心荷载将产生附加弯矩并放大二阶
效应，进一步削弱圆端形钢管混凝土柱的抗撞性能和撞后剩余承载力。
本文将针对压弯与撞击耦合作用后的圆端形钢管混凝土柱，开展其剩余力学性能试验和有限元分
析。首先，通过试验获得不同偏心率和轴压比下试件的荷载-跨中位移曲线和外钢管的荷载-纵向应变曲
线。然后，采用 ABAQUS 软件建立带有偏心荷载的圆端形钢管混凝土柱撞击与剩余承载力有限元模
型，并重点分析撞击速度、偏心率、轴压比、长宽比和含钢率对试件撞击下残余变形和撞击后剩余承载
力的影响。最后，基于 Design Expert 软件对多因素交互影响下圆端形钢管混凝土压弯柱的撞后残余挠
度和剩余承载力进行预测。

1 试验概况

1.1 试件设计与制作
为研究圆端形钢管混凝土柱在撞击和偏压耦合影响下的剩余力学性能，对 5 个沿强轴撞击后的受

损试件开展了剩余承载力试验，试件长度 L 均为
Steel tube δ=3.75 mm
1 500 mm，试件横截面如图 1 所示，表 1 给出了 y: strong axis Concrete
试验参数和试件命名方式，其中 l、w 和 δ 分别为
截面的长度、宽度和钢管壁厚，横截面的长度均 w=100 mm
为 250 mm， 宽 度 均 为 100 mm， 钢 管 壁 厚 均 为 x: weak axis
3.75 mm。 试 件 编 号 中 ： L 代 表 横 截 面 长 宽 比
l=250 mm
l/w 为 2.5；0.1、0.2 和 0.3 代表轴压比 n；0.3 和
0.5 代表偏心率 2e/l，其中 e 为偏心距；7 代表撞 图 1 横截面
击速度 v 为 0 7 m/s。 Fig. 1 Cross-section details

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