圆钢管混凝土压弯构件轴力-弯矩相关曲线分析及其应用

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1、浙江建筑，第33卷，第5期，2016年5月ZhejiangConstruction，Vo1．33，No．5，May2016圆钢管混凝土压弯构件轴力．弯矩相关曲线分析及其应用AnalysisandApplicationoftheCorrelationCurveofAxialForceBendingMomentfortheBeam—ColumnsofCircularSteeITubeConcrete李仁哲，覃浩，赵鸣。LIRenzhe，QINHao，ZHAOMing(1．平壤建筑综合大学建筑工程系建设力学教研室，朝鲜999093；2．同济大学土木工程学院，上

2、海200092)摘要：基于合理的钢材和核心混凝土拉压本构模型，利用截面分层法对钢管混凝土压弯构件轴力一弯矩一曲率进行全过程分析，建立了圆钢管混凝土压弯构件截面轴力一弯矩相关方程的计算公式和轴力一弯矩一曲率关系的实用计算方法，并对构件弹塑性状态下截面的弯矩一转角关系进行推导，进而提出了圆钢管混凝土柱塑性铰特性值的计算方法。关键词：钢管混凝土柱；轴力一弯矩相关方程；塑性铰特性值中图分类号：TU398文献标志码：A文章编号：1008—3707(2016)05—0011一O5钢管混凝土具有承载力高、延性好、施工方便以法计算模型，见图1。及造价经济合理等优点，近年

3、来在高层建筑和大跨度桥梁结构中得到广泛的应用¨；实际工程中钢管混凝土受偏心荷载较常见，对钢管混凝土偏压构件进行研究有现实意义。关于圆钢管混凝土压弯构件截面数值计算的报道不少，丁发兴、吝红育、尧国皇等在对钢管混凝土压弯构件截面进行数值分析的基础上，建立了钢管混凝土压弯构件截面轴力一弯矩一曲率关系实用计算方法，但文献[5]给出的计算公式过于简化，参数没有考虑到混凝土抗压强度。本文尝试通过理论推导给出n。的公式形图1轴力一弯矩一曲率关系计算简图式，再对数据进行拟合，以建立圆钢管混凝土柱压弯图1中，8分别为第Ji}条带混凝土和钢管构件截面轴力一弯矩相关方程的理论

4、计算公式。。该相关方程可以应用于在推导轴力一弯矩一曲率的轴向应变。关系以及圆钢管混凝土柱塑性铰特性值的计算方法，为简化分析，作如下基本假设：此方程也可以用于圆钢管混凝土压弯构件弯矩一转角1)平截面假定截面沿构件的轴向变形呈线关系的计算。性分布；2)无滑移假定不考虑钢管与核心混凝土粘1基本假设结滑移的影响；对于钢管混凝土压弯构件截面分析，采用分层3)无剪切假定钢管混凝土压弯构件变形以收稿日期：2016一O1—18作者简介：李仁哲(197l一)，男，朝鲜民主主义人民共和国人，教师，同济大学土木工程学院结构工程专业高级进修生。12浙江建筑2016年第33卷弯曲

5、变形为主，忽略剪切变形的影响。式(2)中：为峰值拉应力，=0．26(1．)；材料本构关系具体确定方法见文献[1]，以下为峰值拉应变，=43．1()。为混凝土和钢材的本构关系。核心混凝土应力一应变在钢管应力为：曲线见图2。Es≤J一A8+B+C。3式(3)中：E=2．06x10MPa=0．墨／E，8l=1．5，2=101，占c3=10O。I，A=0．2／(l一占)，LsD《B=2A1，C=0．避+A8：一日。钢材应力一应变曲线见图3和分别为钢图2核心混凝土应力一应变曲线材的比例极限及屈服极限

6、和抗拉强度极限；E为钢材的弹性模量。压区混凝土的本构关系为：=0[A(／80)一B(s／80)](8≤80)=0(1一q)+0q(Ec／o)。(≥1．12)(。>0)=o(／6。)[JB(占／E0—1)+(／占。)](<1．12)(1)式(1)中：0=[1．19+(13)(一0．07485+0．5789)]0=1300+14．9+[1400+800(一图3钢材应力一应变曲线20)／20]A=2一Jj}，B=1一，=0．12轴力一弯矩一曲率数值分析q=

7、j}／(0．2+0．1)=(2．36×10)。。‘Ⅲ加X5X10钢管混凝土构件截面在轴力和弯矩作用下，设

8、式中为混凝土抗压强度标准值，MPa；已知曲率为西，由平截面假定可得到截面上任一点应变的计算公式为约束效应系数，=；=o+Yk咖(4)A、A为钢管混凝土横截面的面积。式(4)中：为截面形心处的应变，Y为计算点的坐标。拉区混凝土的本构关系为：因此小2(毒)一o．2】c占，。)，cl(5)s=0+Y矗J将截面划分为2n等分，每一段对应的圆心角为dO=21T／(2n)=叮r／(2)0=kdO(=1，2，⋯，n)第5期李仁哲等：圆钢管混凝土压弯构件轴力一弯矩相关曲线分析及其应用13dA=(r+t／2)tdO3轴力一弯矩相关曲线计算公式dA=r2cos(0一0．5d

9、0)·dO根据轴力一弯矩图形的形状，假设为抛物线，通其中和t分别为混凝土的半径和