科研速览│我院魏洋教授课题组在《Engineering Structures》上发表研究成果

发布时间：2026-02-15访问次数：10

近日，我院魏洋教授课题组在土木工程领域国际著名期刊《Engineering Structures》（中科院一区Top，IF = 6.4）上发表了题为“Eccentric compression behavior of laminated bamboo-filled steel tube columns with different slenderness ratios”的重要研究成果。该论文以南京林业大学为第一完成单位，魏洋教授为通讯作者，硕士生陈奕涵为第一作者，并获国家自然科学基金项目资助。

本研究借鉴钢管混凝土结构的原理，提出了一种钢管约束竹集成材的新型组合结构形式——内置竹集成材的钢管复合柱（LBST）。该结构通过外层钢管对核心竹材施加有效约束，显著提升竹材的力学性能，兼具绿色低碳、高承载力与良好延性等优势。然而，该类结构在偏心荷载下的复杂受力行为，尤其是二阶效应的影响，尚缺乏系统的理论支撑与设计依据。

针对这一问题，课题组采用“试验研究+数值模拟”相结合的方法，系统揭示了LBST柱在偏心受压状态下的力学性能与破坏机理。研究完成了28个LBST试件的单轴偏心受压试验，重点分析了长细比（λ）、相对偏心率（e0/D）和钢管壁厚（t）等关键参数对极限承载力、破坏模式及延性的影响。为进一步拓展参数范围，建立了高保真的有限元（FE）模型，开展了74种工况的参数化分析，验证了模型在广泛参数空间内的可靠性。

研究结果表明，LBST柱的破坏形态呈现清晰的演变规律：从小偏心短柱的局部压溃破坏，逐渐过渡到大偏心长柱的整体弯曲失稳破坏。钢管的约束作用显著增强了核心竹材的强度，壁厚为4mm和6mm的钢管分别使竹材强度提升96.20%和126.82%。量化分析进一步表明，偏心率与长细比的增加会导致极限承载力显著降低（最大降幅分别为62.67%和35.15%），并伴随初始刚度的衰减。基于试验与模拟数据的高度吻合（拟合优度R²=0.9780），研究建立了考虑压弯耦合与二阶效应的高精度承载力计算模型，并提出了标准化的轴力-弯矩（N-M）相关包络线。

该研究系统阐明了内置重组竹钢管复合柱在复杂应力状态下的协同工作机制，构建了可靠的偏心受压承载力设计方法。成果为推进该类低碳组合结构的标准化工程应用与性能优化提供了一定的理论依据和设计基础。