矩形中空夹层钢管混凝土纯弯构件的试验研究

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1、铁道建筑2012年第12期RailwayEn~neefingl55文章编号：1003—1995(2012)12—0155—04矩形中空夹层钢管混凝土纯弯构件的试验研究谢力，陈梦成，黄宏(1．华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013；2．南昌大学建筑工程学院，江西南昌330031)摘要：中空夹层钢管混凝土是在两根同心放置的钢管夹层中灌筑混凝土而成的一种新型结构。本文以空心率为主要变化参数，设计了3根矩形中空夹层钢管混凝土和1根矩形实心钢管混凝土试件，通过试验研究了其在纯弯状态下的力学性能。试验结果表明：在加载过程中，所有试件均表现出良好的塑性性能；矩形中空夹层钢管混凝土抗弯

2、承载力较矩形实心钢管混凝土有显著的提高；同时用有限元方法对试件弯矩一跨中挠度曲线进行计算，计算结果与试验结果吻合良好。关键词：矩形中空夹层钢管混凝土纯弯试验有限元中图分类号：TU392．3文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003．1995．2012．12．45中空夹层钢管混凝土是在两根同心放置的钢管夹性能和特点，提出了圆形、方形及矩形钢管混凝土纯弯层中灌筑混凝土而成的一种新型组合结构。不仅继承弯矩一曲率关系全过程曲线的实用计算公式。黄宏等了普通钢管混凝土承载力高、塑性和韧性好的优点，由(2006)进行了5个圆中空夹层钢管混凝土纯弯构件于特殊的截面形式还具有截

3、面开展、抗弯刚度大、自重的试验研究。卢方伟等(2008)通过对3个非等壁厚轻、抗震性能好等特点。变换内外管的截面形式，可以矩形钢管混凝土纯弯构件的试验研究，考察非等壁厚矩组合出多种不同种类的中空夹层钢管混凝土，本文研形钢管混凝土受弯构件的力学性能。于清等(2008)Es]究如图1所示矩形中空夹层钢管混凝土在纯弯状态下采用有限元软件ABAQUS对钢管约束混凝土纯弯构件的力学性能。的荷载一变形关系进行了计算。李毅等(2009)进行——i了带肋方钢管混凝土纯弯构件的试验研究，并用有限元I软件ABAQUS对其工作机理进行了分析。本文以空心率为主要变化参数，设计3个矩形中空夹层钢管混凝土

4、和1个矩形实心钢管昆凝土试件，通过试验研究，考察矩形中空夹层钢管混凝土试件在纯弯状态下的力学性能。同时采用有限元软件lABAQUS对矩形中空夹层钢管混凝土纯弯试件的受力全过程进行计算，并与试验结果进行对比。II1试验概况与方法图1试件截面示意共设计了3个矩形中空夹层钢管混凝土试件和1个矩形实心钢管混凝土的对比试件，对其进行纯弯试国内外已有研究者对钢管混凝土及中空夹层钢管验。具体参数见表1，其中。，D。，t。，B，D，t分别为混凝土纯弯构件的力学性能进行了试验和理论研究。陶忠等(2004)⋯以空心率为变化参数，进行了5个方外内钢管截面的宽度、高度和厚度，厂v。，分别为试件外内钢管

5、的屈服强度；．为混凝土的立方体抗压强中空夹层钢管混凝土纯弯构件的试验研究。尧国皇等度；为试件空心率，=(A一A)／AA为外钢管(2004)通过分析荷载一变形全过程各阶段的力学内径所包围的面积，A为混凝土截面面积；M。为试验测得的极限弯矩，为本文计算得到的极限弯矩。试收稿日期：2012-04—20；修回日期：2o12—09—20基金项目：国家自然科学基金(51008122，50968006)；江西省教育厅项件设计时，主要变化参数为空心率。目资助(GJJ10709)内外钢管的制作形式为：先将两片切割好的钢板作者简介：谢力(1978一)，男，江西南昌人，实验师，博士研究生。放在折边机

6、上折成槽型，再用坡口对接焊缝将两个槽156铁道建筑December，2012型钢板焊接成矩形钢管。为确保钢管与端板垂直焊量配合比为水：水泥：砂：石：215：489：517：1157，采接，钢管两端要打磨平整。在一端盖板上定好内外钢用中粗砂，最大粒径为12ITlm的卵石。混凝土标准立管的位置，以确保内外管同心，先焊内管再焊外管，另方体强度．由同条件成型养护的150mm立方体试块一端盖板待混凝土灌筑完毕后再焊上。内、外管之间测得。的顶部采用钢筋支撑，以免浇筑混凝土时将内管振偏。试验在华东交通大学结构试验室进行，试验装置钢材强度由标准拉伸试验确定。和测点布置详见图2。试验采用四分点加

7、载方式，其采用搅拌机进行机械搅拌混凝土，浇筑时将钢管支座之间的距离为1400mm。加载设备为500t压力竖立，从顶部分层灌人混凝土，并用插入式振捣棒进行机，用50t压力传感器测定千斤顶所施加的荷载，将所振捣，使之密实。试件养护方法为自然养护，两周后凿读荷载乘以350mm可得试件纯弯段的弯矩。在试件去混凝土表面浮浆，再用高强环氧砂浆将混凝土表面跨中截面上下侧各贴一枚纵向应变片，试件左右一侧与钢管管面抹平，待其硬化后打磨平整，然后焊上上盖贴3枚纵向应变片，测量试件跨中截面的纵向应变。板，以保证钢