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綜述：廢棄遺產(chǎn)建筑的資源效率：再利用策略與決策支持方法綜述

《Journal of Building Engineering》：Resource Efficiency in Abandoned Heritage Buildings A review of reuse strategies and decision support methods

【字體：大中小】 時間：2026年03月01日 來源：Journal of Building Engineering 7.4

編輯推薦：

　　CFST柱TOB螺栓連接的承載性能研究基于試驗與有限元分析，揭示了壁厚、混凝土填充和螺栓參數(shù)對連接性能的影響，提出考慮多失效模式的承載能力計算方法，并驗證其在不同溫度下的準(zhǔn)確性。

楊友|史張|吳靜宇|崔春宇|王佩軍

山東交通大學(xué)交通運(yùn)輸與土木工程學(xué)院，濟(jì)南250357，中國

摘要：

由于混凝土填充鋼管（CFST）柱的截面是封閉的，因此不能使用標(biāo)準(zhǔn)螺栓（SB）進(jìn)行連接。然而，螺紋固定型單側(cè)螺栓（TOB）可以從一側(cè)安裝，無需使用螺母，從而方便了CFST柱的連接。通過試驗和有限元模型（FEM）研究了TOB螺栓連接的抗拉性能。當(dāng)鋼管壁厚相對較薄時，柱壁的變形可能導(dǎo)致螺紋孔與TOB脫開，從而導(dǎo)致連接失效。填充混凝土為鋼管提供了內(nèi)部支撐，并對TOB增加了額外的錨固力，從而提高了極限載荷，但對屈服載荷的影響很小。TOB的直徑及其在混凝土中的錨固深度僅影響極限載荷，對屈服載荷的影響很小。高溫會顯著降低連接的承載性能，但不會改變失效模式。在穩(wěn)態(tài)高溫試驗中，連接的承載能力隨溫度升高而迅速下降。在瞬態(tài)高溫試驗中，載荷比的增加會降低連接的臨界位移和臨界溫度。在柱壁厚度有限的情況下，TOB螺栓連接可以達(dá)到與SB螺栓連接相似的屈服載荷，但安全儲備較低。基于研究結(jié)果，建立了TOB螺栓CFST柱連接的承載能力計算公式。與實驗和FEM結(jié)果的比較表明，所提出的公式可以準(zhǔn)確預(yù)測不同溫度下連接的屈服載荷。

引言

混凝土填充鋼管（CFST）柱是由鋼管和填充混凝土組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)構(gòu)件。鋼管提供外部約束，防止混凝土橫向膨脹并增強(qiáng)其抗壓強(qiáng)度，而混凝土提供內(nèi)部支撐，提高整體承載能力。CFST柱具有良好的延展性和抗震性能，在彎矩作用下表現(xiàn)出優(yōu)于單一材料制成的柱子的性能。在施工過程中，CFST柱的外鋼管作為永久性模板，顯著提高了施工效率和質(zhì)量[1]，[2]。然而，由于截面封閉，使用傳統(tǒng)螺栓連接CFST柱較為困難。因此，目前主要采用焊接連接。然而，焊接過程可能會引入裂紋和孔隙等缺陷，從而影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性[3]，[4]。此外，焊接需要專業(yè)技術(shù)人員和設(shè)備，且過程耗時，可能會延誤施工進(jìn)度。因此，許多研究人員致力于開發(fā)新的連接技術(shù)以減少CFST柱施工所需的焊接量。

與傳統(tǒng)螺栓不同，單側(cè)螺栓（或盲螺栓）安裝時不需要螺母，非常適合用于CFST柱等封閉截面構(gòu)件。根據(jù)錨固機(jī)制，傳統(tǒng)單側(cè)螺栓可以分為三種主要類型：（1）套管膨脹變形錨固單側(cè)螺栓，如Hollo螺栓和MolaBolt [5]；（2）折疊墊圈單側(cè)螺栓，如Blind Bolt和Ajax One-side Bolt [6]；（3）機(jī)械結(jié)構(gòu)錨固單側(cè)螺栓，如T頭方形頸單側(cè)螺栓和滑移臨界盲螺栓 [7]。許多學(xué)者對使用單側(cè)螺栓的連接的機(jī)械性能進(jìn)行了研究。然而，現(xiàn)有研究表明，單側(cè)螺栓連接的機(jī)械性能不如相同規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)螺栓（SB），且其成本高于傳統(tǒng)的連接方法，包括焊接和標(biāo)準(zhǔn)高強(qiáng)度螺栓連接[8]。因此，近年來，許多研究人員試圖開發(fā)新型高性能單側(cè)螺栓。

通過在螺栓孔內(nèi)直接制造螺紋，可以替代螺母為螺栓提供錨固力，從而形成螺紋固定型單側(cè)螺栓（TOB），如圖1所示。此外，TOB結(jié)構(gòu)簡單，可以直接使用標(biāo)準(zhǔn)螺栓，使其成本低于其他類型的單側(cè)螺栓，并具有很好的應(yīng)用前景。近年來，許多學(xué)者對TOB連接的機(jī)械性能進(jìn)行了研究。

王等人[9]通過試驗發(fā)現(xiàn)，在剪切力作用下，TOB連接的性能基本等同于SB連接。然而，在拉力作用下，TOB連接的有效性受到鋼管壁厚的顯著限制，通常需要額外的接頭加固措施[10]，[11]。

然而，目前關(guān)于TOB的研究主要限于純鋼結(jié)構(gòu)接頭。關(guān)于TOB連接的CFST接頭在火災(zāi)引起的高溫下的機(jī)械性能的相關(guān)研究仍然不足。由于錨固機(jī)制的不同，TOB連接的CFST接頭的鋼管變形特性與SB連接的接頭明顯不同[12]。此外，鋼管的變形反過來又會影響TOB的連接強(qiáng)度。另外，在高溫下，普通鋼材的機(jī)械性能退化速率與高強(qiáng)度螺母顯著不同，如圖2所示，這也可能導(dǎo)致TOB螺栓連接和SB螺栓連接在高溫下的性能差異。因此，考慮到TOB和SB之間的差異，本文設(shè)計并進(jìn)行了相關(guān)試驗，以評估TOB螺栓CFST連接在常溫和高溫下的性能，并建立了一種計算連接承載能力的方法。

測試試件

由于高溫試驗的特殊性，全尺寸連接的研究需要高精度設(shè)備，周期較長，且直接可觀察的數(shù)據(jù)有限。組件方法是一種有效的簡化方法。其核心邏輯認(rèn)為，任何復(fù)雜連接的宏觀機(jī)械性能可以視為幾個基本承載組件的有機(jī)組合，包括拉伸區(qū)、壓縮區(qū)等

常溫試驗和穩(wěn)態(tài)高溫試驗

常溫試驗中不同組試件的失效現(xiàn)象和載荷-位移曲線分別如圖10、圖11、圖12、圖13、圖14、圖15、圖16、圖17、圖18、圖19、圖20所示，具體試驗結(jié)果見表3。

C1是一種沒有填充混凝土的TOB螺栓純鋼連接。在常溫試驗中，C1在拉力作用下，鋼管柱的側(cè)壁發(fā)生了向內(nèi)變形

模型建立與驗證

由于試驗試件數(shù)量有限，且在高溫條件下無法直接觀察加載過程中的現(xiàn)象，一些關(guān)鍵數(shù)據(jù)難以獲取。因此，基于試驗結(jié)果，使用ABAQUS軟件建立了TOB螺栓CFST連接的有限元模型（FEM），以進(jìn)一步分析高溫下的失效機(jī)制和機(jī)械性能變化。

模型尺寸與