薄壁钢管混凝土短柱力学性能分析

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72低温建筑技术2011年第3期(总第153期)薄壁钢管混凝土短柱力学性能分析赖伶(营1：3职业技术学院建筑工程系，辽宁营口115000)【摘要】研究薄壁钢管混凝土力学性能，本文对薄壁钢管混凝土试件进行试验，结果表明薄壁钢管混凝土具有良好承载能力和抗变形能力；an劲肋设置有效改善薄壁方钢管混凝土性能．薄壁钢管混凝土在工程中具有可行性。【关键词】薄壁钢管混凝土；力学性能；轴压【中图分类号】TU528．59【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2011)03—0072—030引言1试件设计、制作及材料特性薄壁钢管混凝土柱是薄壁钢管与混凝土组合而1．1试件设计成的一种新型结构，薄壁钢管混凝土柱能够充分发挥首先确定钢管板件宽厚比范围．根据当前研究现钢材和混凝土特性，具有组合结构优点．本文通过试状表明宽厚比D／t控制在80～100间较合理．试件长验研究对薄壁钢管混凝土柱静力性能进行研究．针对度适当，试件过长影响稳定性，试件过短端部效应不可薄壁板件易发生局部屈曲现象采用增设纵向加劲肋忽略，根据以上分析试验采用长宽比为3。试件尺寸方法改善，并分析加肋对结构力学性能影响。如表1所示。表1试件尺寸4结语参考文献(1)经楼层最大位移和层问最大位移角验算，除少数构件外，结构中布置的型钢混凝土构件均满足[1]尧国皇，黄用军，宋宝东．钢框架一钢筋混凝土核心简结构的中震不屈服的性能设计目标，与连体直接相连的型钢动力弹塑性分析[J]．深圳土木与建筑，2007。4(4)．[2]李云贵，邵弘．多层、高层建筑结构弹塑性动力、静力分析[J]．混凝土构件满足中震弹性要求。建筑结构学报。2002，23(5)．(2)在选取的三条中震水平的地震记录、三向[3]庄茁，张帆，岑松．ABAQUS非线性有限元分析与实例[M]．作用、两个输入方向作用计算完成后，塔楼A结构主北京：科学出版社，2005．要承重墙肢未出现大面积塑性损伤，剪力墙损伤主要[4]GB50011—2001，建筑抗震设计规范(2008年版)[s]．发生在连梁、结构地上一层至地上三层及连体结构上一层位置；塔楼B结构主要承重墙肢亦未出现大面积[收稿日期]2010一ll一19【作者简介]王英杰(1965一)，男，河南禹县人，工学硕士，高塑性损伤，剪力墙损伤主要发生在连梁、结构地上一层级工程师，从事建筑结构设计和工程技术管理一地上三层以及相对连体结构的核心筒背部剪力墙工作。位置。 赖伶：薄壁钢管混凝土短柱力学性能分析73板拼焊采用熔透角焊缝形式保证焊缝质量。试件加工环向凸曲程度基本相同，对试件破坏起决定作用。加时按设计要求加工，同时保证钢管两端截面平整．带劲钢管混凝土局部屈曲发生一般晚于无肋钢管混凝肋试件将肋焊于成型板件后将钢板拼接；采用强制式土且加劲肋刚度越小，局部屈曲发展越迅速。通过对搅拌机搅拌混凝土，浇筑时将钢管竖立，从顶部分层灌试验过程观察对于D／t为8O和100未充分加肋试件，入混凝土并振捣保证混凝土密实度，使混凝土表面与板件屈曲变形均发生在试件达到极限承载力前，且试钢管表面齐平养护，养护完成后焊上上端板，从端板上验结束后钢管屈曲变形比充分加劲试件要大。预留小孑L中注人环氧找平保证钢管和混凝土在受荷3试验装置和加载制度初期共同工作。3．1试验装置设计1．3材料特性本试验选择200t液压试验机，试件两端采用刀铰钢板材料，测定钢板屈服强度、极限强度、伸长率加载模拟两端为铰接边界条件。试件两侧设置加载和弹性模量；混凝土采用分层浇注振捣，管口混凝土抹板，按预定偏心距设置条状弧形凹槽，使刀铰上三角形光保持混凝土与钢管口表面平齐。分别制作150mm刀口深度略高出凹槽，这样能够满足施加荷载为线性×150ram×150mm标准试块养护28d进行抗压强度试荷载，在加荷板中心处设置孔径为21mm，深为20mm验，测得平均抗压强度为40．3MPa。圆孔，试件两端板中心处焊直径20mm、长18mm凸榫，2测试内容和测点布置保证试验安全及准确对中。在试件上布置位移计，安装在柱中部位移计、测量3．2试验加载跨中水平位移，安装在上、下柱顶位移计用以量测上、试验加载分两个阶段进行，分别为预载和极限荷下柱段轴向变形。在每一侧面沿柱高四分点及试件中载阶段。预载使试件支撑部位和加载部位接触良好能截面布置应变片。加劲肋分成两个屈曲半波，在肋焊够进入正常工作状态。试件采用分级加载，在试件处接位置处未发现空鼓现象。对于未加劲试件，随着荷于弹性变化阶段每级荷载为预计极限荷载0．1倍，当载增加构件呈现屈服状态，局部屈曲达到最大荷载前钢管压区纤维达到屈服点后每级荷载约为预计极限首先出现在柱一块钢板上，其余钢板开始发生屈曲变荷载0．05倍，接近破坏时慢速连续加载至试验结束。形；沿柱高度方向，屈曲发生在不同位置，主要发生在4试验结果分析柱中部和端部；钢管各个面上均向外屈曲；局部屈曲后4．1轴压试件荷载变形关系分析变形迅速增加，当试件轴向应变相对较大时出现焊缝通过对试件进行加载，实测荷载一平均纵向应变撕裂破坏。由于管角部圆弧过渡缘故，在试件中部及(N—s)关系曲线如图1所示，其中平均纵向应变为试附近形成向外局部凸曲，局部凸曲发展一般较快且沿件压缩变形除以试件长度。E／laeu￡+A一2—-口一A一3+A—A-·一A一116o0l60oZ120012o0Z暮800窆80040O4o0OO05O00lOOo003O0o6Oo09Oo012O0oe．／I．t~·一A—AA—A—ll—．-A一22+A-33．-4)．-A-2图I试件Ⅳ-系曲线由图1可以看出加荷初期荷载变形曲线呈线形变化，构件处于弹性阶段，随着荷载增加曲线出现弯曲， 74低温建筑技术2011年第3期(总第153期)此时构件进入弹塑性阶段，荷载超过极限点变形曲线位移曲线均由上升和下降段组成．具有良好承载能力呈下降趋势，随着D／t增大，下降越趋于显著，表明薄和抗变形能力，极限承载力主要由混凝土压碎破坏控壁钢管混凝土具有良好延性和塑性变形能力。设置加制，薄钢管对内填混凝土有一定约束；截面宽厚比越劲肋后钢管混凝土承载能力有所提高。大，局部屈曲出现得越早；加载方式对薄壁方钢管混凝4．2试件破坏模态分析土轴心受压时的极限承载能力有重要影响，当薄壁钢试件破坏形态主要为压皱破坏。试件压皱后在鼓管和核心混凝土共同受力时能充分发挥这两种材料出部位为椭圆形，随着荷载增加构件进入屈服状态，截优点，承载力具有一定较高。面钢管壁发生外鼓，随着荷载增加相邻钢管壁屈曲变形出现贯通，失去承载力。试件在整个破坏过程表现参考文献出较好延性。5薄壁钢管混凝土短柱轴压力学影响分析[1]韩林海．钢管混凝土结构一理论与实践[M]．北京：科学出版社，2004．5．1加劲肋影响分析[2]陶忠，于清．新型组合结构柱一试验、理论与方法[M]．北京：设置加劲肋后钢管混凝土极限承载力均有较大科学出版社，2006．提高，承载力随加劲肋刚度增加而增大。为进一步研[3]GB50081—2002、2003，普通混凝土力学性能试验标准[S]．究加劲肋的设置对承载力影响，定义构件中各种材料[4]GB50010-2002，2002，混凝土结构设计规范[s]．单独作用时承载力：No=A+厂y．A。，+．。A。．。[收稿日期】2010—11—22[作者简介】赖伶(1961一)，女，辽宁营日人，副教授，从事式中，Ao．A、A分别为混凝土、钢管和加劲肋截建筑工程技术教学及科研工作。面面积，．分别为钢管和加劲肋屈服强度；为混凝土轴心抗压强度。对于钢柱和未加劲钢管混凝土柱，计算材料强度和，为定量研究钢管混凝土承载力提高程度，表2列出计算Ⅳ0值及试验承载力计算值。与Ⅳ0比值，Ⅳ。敬告读者在条件相同情况下加劲肋试件极限承载力有一定程度提高：当肋点焊在钢管内时承载力有所增加，点《低温建筑技术》是指导我国三北地区(东焊加劲肋能够有效改善钢管壁屈曲性能，提高钢管混北，西北，华北)的建筑科学技术和冬期施工技凝土承载能力。术发展的唯一综合性科技期刊。欢迎读者踊跃投稿，重点撰写冬施技术方表2薄壁钢管混凝土轴压试件面的内容：·寒区多层及高层建筑设计与结构设计·建筑工程冬期施工技术·负温混凝土冬期施工耐久性问题探讨·大体积混凝土冬期施工技术·冬期施工成套技术研究·新型建筑材料在寒冷地区应用技术·建筑节能与保温隔热材料的应用技术·寒冷地区屋面防水技术·混凝土外加剂的研究成果与应用技术·泵送混凝土在寒冷地区的应用·粘结剂在低温下的应用技术5．2截面宽厚比影响分析·负温下钢筋焊接技术的研究随着试件截面宽厚比增大，荷载达到极限承载力·高强与高性能混凝土在寒区的应用技术一半时试件表面出现凸曲，截面截面宽厚比越小，试件·冬期施工质量通病与防治措施在达到极限承载力后下降段表现更加平缓。·普及建筑技术与现代化科学管理6结语薄壁钢管混凝土轴压短柱所有试件荷载一纵向