方钢管混凝土短柱抗剪承载力的研究

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1、第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2006年方钢管混凝土短柱抗剪承载力的研究张建辉刘维亚(深圳华森建筑与工程设计顾问有限公司，深圳518054)提要本文根据方钢管混凝土短柱在压弯剪复合作用下破坏模式，对方钢管混凝土短柱抗剪承载力进行研究。将钢管混凝土抗剪承载力分成钢管和棍凝土两部分考虑，应用混凝土的楔劈强度理论及塑性力学，建立了钥管棍凝土短柱的强度计算公式。与相关实验数据对比表明推荐公式是符合构件实际受力特征并满足设计精度要求。关键词钢管混凝土抗剪承载力短柱楔劈强度理论1引言近年来，钢管混凝士结构在高层建筑结构中应用日益普遍。针对钢管混凝土结构的实验研究和理论分析也日渐成熟。但对

2、于方钢管混凝土短柱在压、弯、剪复合作用下的抗剪强度研究较少。钥管混凝土柱的受剪性能，不同于普通钢筋混凝土柱的脆性剪切滑移，它是钢管约束混凝土并共同受剪。将钢管混凝土柱的抗剪承载力匡分成两部分分别计算，一部分承载力由钢管提供，另一部分由核心区混凝土提供，即Vd=几+Vck(1)式中;Vck为钢管混凝土柱抗剪承载力标准值:心为钢管抗剪承载力标准值;V.k为核心区混凝土抗剪承载力标准值·下文将对其分别进行推导计算并得出抗剪承载力计算公式，以供设计参考。IIIIIIIIIIIII!1}一}2钢管抗剪承载力计算}}{}}}}}}}}!}}}{!l}IMilll当钢管混凝土柱在水平剪力Q轴力N

3、和弯矩M共同作}用下，沿钢管截面各应力分布如图1所示.lrl，}{}}}}}{}}}}}}{其中:Q.为紧箍力(假设在钢管截面上均匀分布)，取图1钥管应力分布张建辉，男，191年出生，硕士.720第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2006年。‘=O.If,;ay为轴力N和弯矩M共同作用产生的竖向正应力，。，=可十。犷，ay为轴力N产生的竖向正应力，am为弯矩M产生的竖向正应力;:为剪应力·2.1钢管在轴力N作用下的纵向应力口岁._二_一.，_口_口_田半截囿1炭戎得:，牛=甲井=万(2)E,E,.(3)由内外力平衡:N=a,A,+氏凡_.一，N(4)则们:口J=口。=—A,+AE

4、,lE,2.2钢管在弯矩作用下的纵向应力。梦由平截面假定计算得出钢管和混凝土的各点处应力和应变为:‘，=E,xlp(B12一t<_x‘丑口)ac=E,xlp(口‘x<_B12-0P为截面弯曲的曲率半径;x为计算点至中性轴的距离。由内外力平衡得:M一M,+M。一2俩a,‘十(7)E,1"+E}Ic2丁(B一2t)xa,dx=P1M则有:(8)pEll:+EIc将式(8)代入式(5)得:ME,BV,HE,Bay"0=(9)2(E,1.'+Ecl;)2(E,I:+EcI.)23钢管部分抗剪承载力由能量强度理论可得:ax十ay十“,a，十”2一f(10)其中:fy为钢材屈服强度.-721-

5、第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2006年将ui，uy代入(10)式得:_，‘，，，N人花,BME,Br-=Iu.Yv1.:一t—十)2一。1f,(-月V十—n/J凡十(E/E,)A,2(E.I;十EI.)一2凡+(E,/E,)A,,2(E,I.+EI.)-(11)钢管的抗剪承载力:Vr=rm_A;(12)联立求解(11),(12)方程式得guy+0.1石一〔三g‘uy去+b卫0丛.lf,Jl’一‘b=+V)((ay),+O.loyfy一。.99fy)=—一26b'十A'Z(13)2(E,1,+EIzc)其中b=丈为钢管有效受剪面积，丈=2t(B一2t)。HE,B3核心区混凝土

6、抗剪承载力计算核心混凝土实际上为有侧向约束的素混凝土短柱，在抗剪强度的确定中，采用了楔劈理论。该理论的基本思想是为求部分受压混凝土的支压强度，首先需确定楔块夹角beB是以支压强度最小为条件，并以上界定理为基础确定。混凝土的破坏可分为压缩剪切破坏和张拉破坏两类。文献[3]中给出部分支压强度表达式如下;up=(C,f+q)f;C/=0.1109，C,x.7680，fl=H,la(14)根据楔劈理论，本文采用如图2所示的传力机构来确定核心混凝土的弯剪强度，其中才B‘截面发生剪切滑移破坏:B'C，界面发生张拉破坏。基本假定:a)假定受压区混凝土应力均匀分布:图2核心混凝土柱传力路线示意b)

7、不考虑受拉区混凝土的影响;具体推导参照图2:-722-第十九届全国高层建筑结构学术会议论文2006年D一x=.1一xtga=x=x=ID，A,=HID(15)2H=2A.’Hx}Ho=十一sina。a=丘cosa，刀=B一2tcos口22Q_兰_4A.'+1一‘(16)2众又=x=Dcosa(17)式中:a为受压区宽度;风为斜压柱1/2高;H为柱112高;A为剪跨比:S,为混凝土受压区面积。从=。，又cosa=(C,P+C2)f'Dx}cos'a(18)令N,'=D2