圆钢管自密实混凝土轴压短柱受力机理试验研究

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1、http://www.paper.edu.cn1圆钢管自密实混凝土轴压短柱受力机理试验研究丁发兴*，余志武，蒋丽忠(中南大学土木建筑学院，湖南长沙410075)*E-mail:dinfaxin@mail.csu.edu.cn摘要：本文报道了16个圆钢管自密实混凝土和1个圆钢管普通混凝土轴压短柱受力机理的试验研究，进行了四种变形测试方法的对比，探讨了混凝土强度等级、钢管中部表面开小孔、钢管中部表面开不同高度的横槽以及不同加载方式对短柱极限承载力、荷载-变形曲线和荷载-横向变形系数曲线的影响，阐述了钢管混凝土轴压短柱的受力机理。

2、试验结果表明：当钢管混凝土轴压短柱端部平整、同时受荷时，采用不同尺寸的应变片或中部某标距范围内的位移计测试可准确记录钢管的轴向变形；随着混凝土强度等级的提高，短柱极限承载力不断增大，而剩余承载力基本不变；不同加载方式对极限承载力和剩余承载力影响不大；而钢管表面开槽，其受力机理将发生变化，短柱的变形性能减弱，极限承载力也呈降低的趋势，钢管更多的参与横向受拉工作。关键词：钢管混凝土，自密实混凝土，受力机理，轴压，极限承载力，套箍作用1.引言钢管混凝土具有优越的力学性能，在实际工程中得到越来越广泛的应用。近年来，国内[1,2]外学

3、者对钢管普通混凝土柱和钢管高强混凝土柱的力学性能展开大量的试验研究，而对[3]近年来在工程领域广泛应用的钢管自密实混凝土柱的力学性能研究相对较少。自密实混凝[4]土(SCC)拌合物具有很高的流动性和优异的抗离析性能，依靠混凝土自重或少许施加振捣便能均匀密实填充模型；成型后硬化混凝土质量均匀、微观结构致密。钢管自密实混凝土具[3,4]有优良的施工性能，将钢管和自密实混凝土以最佳方式相结合。已有试验结果表明，混凝土强度等级相近的钢管自密实混凝土与钢管普通混凝土、钢管高强混凝土的力学性能相近。钢管混凝土轴压刚度和极限承载力是钢管混

4、凝土力学性能的重要指标，当前钢管混凝土轴压力学性能研究中，对钢管混凝土轴压刚度仍然存在不同的认识，其主要原因是对钢管混[2,5,6]凝土轴压变形测试存在不同的理解。如有学者主张采用位移计记录的整体变形代表钢管[3]混凝土的变形情况，有学者主张应变片记录的应变可代表钢管混凝土的真实变形情况，也[7]有学者主张在钢管混凝土中部位置安装一定标距的位移计，可合理测试钢管混凝土的轴压变形。目前，尚未见到将以上测试方法进行对比试验的报道。[5,6,8,9]已有研究者们对不同受荷方式下或同时受荷下钢管中部表面不同形式开槽的钢管1本课题得到

5、国家自然科学基金项目(50438020；50578162)资助。注：本文将于2006年8月在《中国铁道科学》上发表，这里内容更详细。-1-http://www.paper.edu.cn混凝土力学性能进行了少量的对比试验研究工作，主要讨论各种条件下钢管混凝土轴压极限承载力的影响，少数研究者讨论了变形性能的影响。而对于各种条件下钢管混凝土加载过程中钢管表面横向变形系数变化情况，较少涉及。本文试验目的为：(1)通过不同测试方法的对比确定钢管自密实混凝土轴压短柱受力性能试验研究的标准测试方法；(2)研究不同混凝土强度对钢管自密实混凝

6、土轴压短柱极限承载力和变形的影响；(3)研究钢管表面不同形式的开槽或开小孔以及不同加载方式，观察其变形、承载力和破坏形态的变化，分析钢管中部表面横向变形系数变化规律，以揭示其受力机理。2.试件设计与试验方案2.1试件设计钢管自密实混凝土短柱试件制作时，将成型的钢管下端焊上5mm厚的钢板作底模，盖板及空钢管几何中心对中。对于钢管中部表面开不同高度横槽的试件，则先在钢管中部按要求用乙炔割成四小块(此时切割的钢壳并不会掉下来)，并用胶带密封。将钢管直立，混凝土自上口灌入，自密实混凝土无需振捣，普通混凝土在实验室平板振动台振实，并用

7、塑料薄膜将钢管上端部密封，此后自然养护并定期浇水。30天后拆除塑料薄膜，将钢管上端用水泥砂浆找平，再次用塑料薄膜密封。90天后拆除塑料薄膜，上表面用打磨机磨平。对于同时受荷的钢管混凝土短柱，焊上5mm厚的钢板，保证钢管自密实混凝土短柱在受荷初期即共同受力，当钢管中部表面需要开小孔时，用打磨机磨出一个约20×10mm的小孔。对于考察不同加载方式影响的钢管混凝土短柱，则切割掉钢管下端板，磨平并按设计要求在钢管混凝土端面加上钢垫板。对于钢管中部表面开槽的试件，焊接上端板，切割并敲掉钢管中部四小块钢壳。本次加工制作的钢管自密实混凝土

8、短柱构件密实性良好，满足自密实混凝土施工和使用要求。钢管混凝土浇注同期制作相应的混凝土立方体试块，用塑料薄膜密封养护并定期浇水。混凝土配合比如表1。3表1混凝土配合比(kg/m)#混凝土设计525硅酸盐水超细粉卵石复合高效减水剂中粗河砂水强度等级泥UPFA(粒径0.5~2cm)SPSCC6