钢管纤维混凝土短柱轴压承载力计算分析

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1、第33卷第6期华北水利水电学院学报V01．33No．62012年l2月JournalofNoahChinaInstituteofWaterConservancyandHydroelectricPowerDec．2012文章编号：1002—5634(2012)06—0059—05钢管纤维混凝土短柱轴压承载力计算分析李杉，卢亦焱，李娜，陈娟(武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉430072)摘要：钢管钢纤维高强混凝土柱是一种新型的结构．普通钢管混凝土短柱的承载力计算公式不能满足钢管钢纤维高强混凝土短柱的需要．在对7根钢管钢纤维高强混

2、凝土短柱和3根钢管高强混凝土短柱试验的基础上，对其承载力进行了理论分析．推导了钢管钢纤维高强混凝土短柱极限承载力的理论计算公式，对其影响因素进行了分析，给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱极限承载力的简化计算公式．公式的计算结果与试验结果吻合较好，可供工程设计参考．关键词：钢管混凝土；钢纤维；短柱；极限承载力钢管混凝土结构充分发挥了钢管和混凝土两种自密实钢纤维混凝土浇筑要求¨．目前，对钢管钢材料的作用，具有承载力高、延性好、韧性高、耐冲击纤维混凝土结构的研究还不系统、不充分，需要对等优点．近十几年来，钢管混凝土正越来越多地应用这种新

3、型结构进行大量的试验研究和科学系统的于高层建筑、桥梁和大型工业厂房等结构中，取得了分析．显著的社会效益和经济效益¨．然而，近年来的研笔者在对钢管钢纤维高强混凝土轴压短柱进行究表明：当钢管高强混凝土柱的套箍系数较低时，轴试验研究的基础上，着重研究了钢纤维高强混凝土压和反复弯压荷载作用下其核心混凝土呈脆性破轴压短柱承载力的计算公式．坏，并且钢管高强混凝土柱的延性较低；这与套1试验概况箍系数相近的钢管普通强度混凝土柱的性能明显不同．因此，在保证核心混凝土强度的同时，提高核试验共浇筑10根试件，其中7根为钢管高强钢心混凝土的延性非常重

4、要．纤维混凝土试件，3根为钢管高强混凝土试件．试验鉴于此，结合钢纤维混凝土的特点，卢亦焱等提考虑的混凝土强度等级为C50，C60，C70．钢纤维采出了采用钢纤维来改善核心高强混凝土的脆性，进用国内某公司生产的0．5mm×0．5mm×30．0mm而达到提高钢管高强混凝土延性的目的，在此基础切断弓形钢纤维，体积掺量为0．6％，0．9％，1．2％．上，进行了钢管钢纤维高强混凝土的短柱轴压研究，考虑3种试件尺寸，试件高度均为393mm，外径结果表明掺人钢纤维显著提高了钢管高强混凝土柱(D)×壁厚(t)分别为131mm×4mm，129m

5、m×的延性，延缓了破坏．这与文献[10—13]的研3mm，127mm×2mm，3种尺寸的钢管试件均由截究结果是一致的．另外，掺入钢纤维还可以显著提高面尺寸为外径133mm、壁厚5mm的无缝钢管加工钢管混凝土柱的抗火性能；将钢纤维掺人钢管制作．通过试验得到钢管屈服强度为300MPa，极限混凝土梁中，可提高其承载力¨．钢纤维的流动性强度为416．9MPa．所有试件在5000kN试验机上对钢管混凝土结构的浇筑非常重要．王玉宝等的进行轴压试验，采用分级加载方式，临近极限荷载时研究表明，钢纤维体积掺量约为1．5％可满足钢管慢速连续加载，

6、试验结果见表1．详细试验情况参见收稿日期：2012—09—16基金项目：湖北省杰出青年人才基金(2004ABB014)；湖北省建设科技重点研究项目(K2005112005)．作者简介：李杉(1979一)，男，云南昆明人，讲师，博士，主要从事工程结构加固及耐久性方面的研究．卢亦焱(1965一)，男，福建永定人，教授，博导，博士，主要从事组合结构、工程结构加固方面的研究60华北水利水电学院学报2012年12月文献[17]．试件编号规定：前面表示混凝土强度等纤维的短柱试件的峰值横向应变比相应未掺钢纤维级，中间的数字表示钢管壁厚，最后

7、一个数字表示钢的短柱试件的小，说明钢纤维有效限制了混凝土裂纤维的体积掺量．缝的发展．表1试验结果Z罐糖位移／mm图1典型荷载一位移曲线注：D，t，L分别表示钢管的外径、壁厚、长度；为混凝土的立方体抗压强度；N为试验所得柱的极限承载力；为延l20O性系数，：a。／A，未给出延性系数的表示试件在试验终Z止时承载力仍保持在85％的峰值荷载以上；A．，为峰值荷载纛。00枢对应的位移；△为荷载值下降到85％峰值荷载时对应的400位移．由表l可以看出：在钢管高强混凝土中掺人钢应变，(×10)纤维在一定程度上提高了轴压短柱的极限承载力，并随

8、钢纤维掺量的增加，短柱的承载力逐渐增大；钢图2典型荷载一应变曲线纤维的掺入显著提高了轴心受压短柱的延性，随着钢纤维掺量的增加，柱的延性逐渐增大；混凝土强度2．承载力计算和含钢率对钢管钢纤维高强混凝土轴压短柱的影响2．1钢管进入塑性状态时的纵向应力规律和钢管高强混凝土柱相似，随