方钢管混凝土柱的弹塑性-分析

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第2页具体来说，钢管混凝土有以下特点：1、承载力高对于薄壁钢管来说，其临界承载力极不稳定，因为它对局部缺陷很敏感。实验证明，薄壁钢管的实际承载力往往只有理论计算值的1／3—1／5，当有残余应力存在时，影响将更大。在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土后，钢管约束了混凝土，在轴心压力作用下，混凝土三向受压【如图l一1(c)所示】，延缓了受压时的纵向开裂，而混凝土的存在却可以避免或延缓薄壁钢管过早地发生局部屈曲。两种材料相互弥补了彼此的弱点，却可以充分发挥彼此的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载力，大大高于组成钢管混

2、凝士的钢管和核心混凝土单独承载力之和。方钢管对其核心混凝士的约束作用不如圆钢管显著，但仍有很好的效果，尤其可以有效地提高构件的延性，另外，梁柱节点处理也较容易。2、塑性和韧性好混凝土脆性较大，对于高强度混凝土(各国对高强混凝土的定义有所不同，我国目前一般指C50级以上的混凝土为高强混凝土)更是如此，其工作的可靠性因此而大为降低。如果将混凝土灌入钢管中形成钢管混凝土，核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时具有很大的塑性变形能力。试验结果表明，钢管混凝土轴心受压短柱破坏时往往可以被压缩到原长的2／3，但仍没有

3、呈现脆性破坏的特征。此外，这种结构在承受冲击荷载和振动荷载时，也具有很好的韧性。由于钢管混凝土具有良好的图1—2钢管混凝土P一△曲线塑性和韧性，因而抗震性能好。哈尔滨建筑大学于1998年进行了一系列圆钢管混凝土构件在设计轴压比大于0．5情况下滞回性能的试验研究，结果表明，钢管混凝土构件在大轴压比情况下仍然具有较好的耗能性能和延性。图1—2所示为一该次试验获得的滞回曲线，图中，P为水平力，d为水平位移，D为圆钢管外直径，A=钇／D，为构件的长细比。近年来，国内外学者对方钢管混凝土进行了大量的研究，发现方钢管混西南交通大学硕士研究生学位论文第

4、3页凝土的滞回性能不及圆钢管混凝土，但是比起钢筋混凝土柱来说，有了很大的改善，并且没有明显的捏缩现象出现，滞回曲线比较丰满。3、施工方便与钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工简便；因管内无钢筋，浇灌容易，振捣密实。特别是目前采用泵送混凝土、高位抛落不振捣混凝土和免振自密实混凝土等施工工艺更可加速钢管混凝土构件的施工进度。与预制钢筋混凝土构件相比，不需要构件预制场地：与钢结构构件相比，钢管混凝土的构造通常比钢结构构件简单，焊缝少，易于制作。特别是组成钢管混凝土构件的钢管壁厚一般均较小，现场拼接对焊简便快捷。

5、由于空钢管构件的自重小，可以大大减少运输和吊装等费用。此外，钢管混凝土不论是单管柱还是格构式柱，和普通钢柱相比，柱脚零件少，焊缝短，可以直接插入混凝土基础的预留杯口中，免去了复杂的柱脚构造。钢管混凝土在施工制造方面发展的一个重要方向是其钢管及与钢梁或钢筋混凝土梁连接节点制造的标淮化。钢管混凝土本身的旌工特点符合现代施工技术工业化的要求，可大量节约人工费用，降低工程造价。4、耐火性能较好由于组成钢管混凝土的钢管和其核心混凝土之间具有相互贡献、协同互补、共同工作的特点，这种结构具有较好的耐火性能。下面以一工程事故为例，说明钢管混凝土的这种持性

6、。南方某玻璃厂的玻璃熔窑，窑底采用了钢管混凝土柱，采用Q235钢C30混凝土，构件截面尺寸为D×t=219X12ram，柱高绀7m，柱子与基础固接。柱顶支承熔窑，柱中部支承着外圈钢走道平台。投产时，熔窑出液口突然发生崩裂，高温玻璃熔液喷泻，致使窑底正面一根柱被玻璃液包裹达3m深，另一根柱的根部积液深度达40cm。出口熔液温度在12000c以上，在高压水枪的救护下约持续3—4h，才降到10000c以下。清除了冷却的玻璃凝块后，发现钢管混凝土柱底有外凸现象发生，最大外凸尺寸约3cm。事故发生时柱子承受约70％的设计荷载，但柱子的整体性一直保持

7、良好，避免了熔窑崩塌的重大事故。虽然建筑火灾与上述情况有所不同，但该次事故却可以很好地说明钢管混凝土柱在高温下具有良好的工作性能。另外，火灾后，随着外界温度的降低，钢管混凝土结构已屈服截面处钢西南交通大学硕士研究生学位论文第4页管的强度可以得到不同程度的恢复，截面的力学性能比高温下有所改善，结构的整体性比火灾中也将有所提高，这不仅给结构的加固补强提供了一个较安全的工作环境，也可减少补强工作量，降低维修费用。这和火灾后的钢筋混凝土结构与钢结构都有所不同：对于钢筋混凝土结构，其己改变破坏截面的力学性能和整体性，均不能因温度的降低而有所恢复或改

8、善：对钢结构，其已失稳和扭曲的构件在常温下也不会带来更多的安全性。上述玻璃熔液喷泻事故发生后，由于钢管混凝土柱仍然具有很好的整体性，在进行修复时，对受损柱子在外面加一套管，再将空隙处灌入混凝土