基于双剪统一强度理论的轴心受压钢管混凝土承载力的研究

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1、第19卷第2期工程力学Vol.19No.22002年4月ENGINEERINGMECHANICSApril2002文章编号：1000-4750(2002)02-032-04基于双剪统一强度理论的轴心受压钢管混凝土承载力的研究1,312赵均海，顾强，马淑芳(1.西安建筑科技大学土木工程学院，西安710055;2.国营二六二厂，西安710061;3.长安大学建筑工程学院，西安710061)摘要：从双剪统一强度理论出发，推导出钢管混凝土核心混凝土抗压强度的计算公式，进行了钢管混凝土试件的轴心抗压试验，得出了其荷载变形曲线及极限荷载

2、，并进行了钢管混凝土承载力的理论计算，所得理论结果与试验结果基本一致，说明双剪统一强度理论对于钢管混凝土的理论计算有非常好的适用性，为钢管混凝土的分析计算提供了一定的理论依据。关键词：钢管混凝土；双剪统一强度理论；核心混凝土中图分类号：TU398文献标识码：A1前言2双剪统一强度理论钢管混凝土是将普通混凝土填入薄壁钢管内1991年俞茂宏在他的双剪强度理论的基础上，而形成的组合材料，它具有普通混凝土无法比拟的建立了一种全新的考虑了s2影响的适用于各种不许多优点。最显著的是它改善了核心混凝土的受力同材料的双剪统一强度理论，双剪统

3、一强度理论是状态，提高了构件的塑性、韧性和承载能力。最早以双剪应力单元体为力学模型，其表达式为[8]将钢管混凝土用于工程的是英国的Severn，他于aF=s1-(bs2+s3)=st1+b1879年将钢管混凝土用于铁路桥的桥墩，随后又用(1a)s1+as3做建筑物的结构柱。近年来，钢管混凝土在建筑结s2£1+a构中应用非常广泛，建造了大量的建筑物、构筑物1和桥梁等工程。国内外学者在钢管混凝土方面也进F'=(s1+bs2)-as3=st1+b(1b)行了大量的研究[1-7]，取得了许多成果。根据试验s1+as3s2³结果各自给

4、出了计算公式，这些公式为工程设计提1+a供了重要依据。本文采用考虑了中间主应力s2的影其中s1,s2和s3分别为三个主应力；st和sc分别响、拉压性能不同的适用于各种材料的复杂应力状为材料的拉伸强度和压缩强度；a=st/sc为材料态下的双剪统一强度理论对钢管混凝土进行理论拉压强度比；b为反映中间主应力效应的材料参分析，从而推导出理论性很强的承载力计算公式，数，也是反映不同强度理论的参数。双剪统一强度并通过轴心受压试验结果验证了理论计算公式的理论在p平面上的系列极限面如图1所示正确性，为钢管混凝土轴心受压分析提供了理论依据。—

5、——————————————收稿日期：2000-08-20；修订日期：2001-02-10基金项目：国家自然科学基金资助(59779028)作者简介：赵均海(1960)，男，陕西西安人，长安大学副校长，教授，博士后，主要从事固体力学和结构工程等研究顾强(1953)，男，辽宁锦州人，副校长，教授，博士，博导，主要从事钢结构研究马淑芳(1958)，女，陕西韩城人，高级工程师，主要从事结构工程研究基于双剪统一强度理论的轴心受压钢管混凝土承载力的研究33b=1(Yu)s1'b=3/4b=1(2)式与b值无关，该式与由莫尔－库仑准则,

6、双剪=5/4b(非外凸极限面)b=3/2强度准则所得结果一致。这是由于在钢管混凝土中θ(非外凸极限面)b=1/2混凝土的应力状态中，中间主应力与最小主应力相θbb=1/2b=1/460ort=0b等，因而采用双剪统一强度理论时取不同b值的结果相同。G.G.Meyerhof.N.M.Hawkins等的试验指b=1b=0出，三轴受压混凝土得出的内摩擦角变化范围为50<0b(Mohr-Coulomb)(非外凸极限面)到30，侧压力小，内摩擦角大，侧压力大，内摩擦s'2rs'3角小，相应k值在7.5~3.0之间变化。钢管混凝土cb=

7、1(Yu,1985)=1b中的核心混凝土由于受到钢管的约束，侧压力较大，内摩擦角较小，因此核心混凝土计算时一般取图1双剪统一强度理论的系列极限面k=1.5~3，具体值由试验确定。Fig.1Variouslimitlocioftwinshearunifiedstrengththeory对于素混凝土，a一般在0.07~0.15之间，具体值3试验由试验确定。对于混凝土，一般取b=1/2~3/4之间，3.1试件制作当取b=1/2时得加权双剪强度理论(式(1a)、(1b)中取水泥选用普通硅酸盐水泥425号，1~2卵石，1b=)，它在π

8、平面极限面与Gachon的混凝土真三中砂。配合比为：C:S:G:W=1:1.51:3.44:0.38，水灰2[9]比为0.38，设计混凝土立方强度C30。钢管选用卷轴试验结果吻合得较好。对于钢管混凝土中的核心混凝土，其应力状态为0>s1=s2>s3，比较表制焊接管，外径90mm，壁厚分别为