方钢管钢骨高强混凝土偏压柱试验研究与理论

进行了9根方钢管-钢骨混凝土双向偏压试件的试验研究,研究不同长细比、偏心率、配骨率及加载角度条件下试件的力学性能。结果表明:试件的承载力随着长细比的增加缓慢下降;偏心率的增长导致承载力迅速降低;配骨率的增加使试件的承载力逐渐增长;加载角度的变化对承载力的影响有限。在此基础上,编制了双偏压程序,计算结果与试验结果吻合很好。最后通过计算结果的回归分析,得出了实用的方钢管-钢骨混凝土构件双向偏压承载力计算公式。

在选择了合理的钢材、混凝土本构关系的基础上,利用有限元法进行了方钢管钢骨混凝土抗剪性能模拟。通过对剪跨比的分析,确立了纯剪、弯剪及弯曲破坏的界限剪跨比值,分析了不同套箍率、配骨率、混凝土强度等参数对受剪性能的影响。最后,通过对计算结果的回归分析,得出了实用的方钢管钢骨混凝土抗剪承载力计算公式,计算结果与相关文献结果吻合很好。

通过6根钢骨-方钢管混凝土组合短柱的偏心受压试验,研究该组合柱的受力性能.试验结果表明:钢骨-方钢管混凝土偏心受压组合短柱试件的破坏是由于方钢管局部出现凸曲而导致承载力的下降而引起的;混凝土的强度、方钢管的宽厚比和钢骨的用量都对组合柱的受力性能有着显著影响;通过截面应变分析,可以近似地认为偏心受压组合柱符合平截面假定.

钢骨-方钢管高强混凝土柱的轴压比限值——以轴压比为主要参数，对l4根反复荷载作用下的钢骨一方钢管高强混凝土柱进行研究．结果表明，钢骨的加入使方钢管高强混凝土柱的位移延性系数显著提高，但轴压比仍是影响其组合柱延性的主要因素；组合柱的位移延性系数uδ...

为了进一步研究方钢管-钢骨高强混凝土轴心受压短柱的特性,综合考虑钢骨存在对混凝土的影响,修正了方钢管混凝土核心约束混凝土应力-应变模型;采用纤维模型法编制了非线性分析程序,计算了荷载-纵向应变关系曲线,并与有关文献的试验曲线进行了对比,计算结果与试验结果吻合得很好.最后,通过对大量计算结果的回归分析,得出了实用的轴压短柱承载力计算公式.

以轴压比为主要参数,对14根反复荷载作用下的钢骨-方钢管高强混凝土柱进行研究.结果表明,钢骨的加入使方钢管高强混凝土柱的位移延性系数显著提高,但轴压比仍是影响其组合柱延性的主要因素;组合柱的位移延性系数μδ介于2.54～3.84.这表明当内填混凝土强度很高时,为满足抗震设计的要求,有必要对其轴压比的限值作出规定.通过试验轴压比与设计轴压比的换算,提出在满足组合柱有限延性基础上(μδ≥3)轴压比的限值.

收稿日期:2007-11-20 基金项目:辽宁省重点实验室基金资助项目(jg-200601);辽宁省科技攻关项目(20060708)· 作者简介:赵同峰(1979-),男,辽宁辽阳人,东北大学博士研究生;王连广(1964-),男,辽宁沈阳人,东北大学教授,博士生导师· 第29卷第10期 2008年10月 东北大学学报(自然科学版) journalofnortheasternuniversity(naturalscience) vol.29,no.10 oct.2008 方钢管-钢骨高强混凝土 轴压短柱承载力分析 赵同峰 1 ,王连广 1 ,赵爽 2 (1.东北大学资源与土木工程学院,辽宁

为了研究钢管钢骨高强混凝土组合构件的抗弯性能,采用抗弯试验研究方法和统一理论的计算方法,对工字形钢骨的钢管钢骨高强混凝土构件进行了抗弯的理论和试验研究.试验主要参数为配骨指标(ρ=0.3～0.6)和钢骨的不同加载方向(强轴和弱轴).试验表明:极限弯矩值随配骨指标的增加呈非线性增长,当配骨指标一定时,极限弯矩值随惯性矩的增加按比例增加,弱轴跨中变形大于强轴;组合构件符合平截面假定,挠度曲线符合正弦半波分布;钢管和钢骨对混凝土的紧箍作用强轴高于弱轴,且随配骨指标的减小而增加.在试验分析的基础上,建立组合构件抗弯承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合良好.

本文对3根冷弯型方钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,并分析了冷弯型方钢管高强混凝土轴心受压短柱的受力性能及变形特点。提出了典型荷载-应变全过程曲线,并分析了各阶段的受力性能。得到如下结论:冷弯型方钢管高强混凝土短柱充分利用了高强混凝土抗压与钢材抗拉的材性特点,其极限承载力较普通方钢管混凝土更高;短柱试件承载力的下降取决于方钢管的局部屈曲与核心混凝土失去三向受力状态并被压碎的程度;冷弯型方钢管高强混凝土的极限承载力本质上主要由冷弯型方钢管局部屈曲控制;冷弯型方钢管高强混凝土轴压短柱后期延性较差,但含钢率越大,其后期残余承载力越大。

钢骨-方钢管自密实高强混凝土柱是一种重载柱设计的新模式.为了研究该组合柱的轴压稳定性能,以长细比(λ)为主要参数,进行了8根组合长柱的轴心受压试验.试验结果表明:由于内填混凝土和钢骨的存在,组合柱试件具有良好的稳定性能;在研究的长细比范围内(λ=11~43),所有试件都具有较高的承载力和一定的延性,但是其承载能力和延性随长细比的增大明显降低.最后给出了钢骨-方钢管自密实高强混凝土柱的轴压承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合良好.

进行了9根方钢管钢骨混凝土双向偏压柱试验,研究其破坏形态,分析荷载与纵向应变关系及长细比、加载方向等参数变化对双偏压柱受力性能的影响。结果表明:当荷载达到极限荷载的50%～70%,钢管的受压区开始屈服;当荷载达到极限荷载的80%～90%,钢骨的受压区开始屈服。在试验参数范围内,加载角度的变化对偏压柱的受力性能影响不大。通过有限元法建立计算模型,模型计算结果与试验结果吻合很好。在此基础上,通过变化计算参数,分析了不同长细比、偏心距条件下,加载角度对偏压柱受力性能的影响。结果表明,随着长细比及偏心距的增大,加载角度的变化对双偏压柱受力性能的影响也越来越大。

为了进一步研究方钢管-钢骨高强混凝土压弯构件的力学性能,作者运用合成法和有限条带法相关知识,编制了方钢管-钢骨高强混凝土压弯构件分析程序。程序计算结果与试验结果吻合较好;在此基础上,进一步分析了长细比、配骨率、套箍率变化对压弯构件承载力的影响规律;最后通过对大量数值计算结果的回归分析,得出了实用的压弯承载力计算公式。对典型试件的计算结果表明:该计算方法简单有效,且具有较好的精度。

采用纤维模型法编制非线性分析程序,绘制出弯矩-曲率全过程曲线,并与有关文献试验数据进行比较,吻合较好。在此基础上,对混凝土强度、钢骨形式、配骨率、套箍率等因素对抗弯构件力学性能的影响进行分析比较。最后通过对数值计算结果的回归分析,得出实用的抗弯承载力计算公式。

对7根圆钢管钢纤维高强混凝土短柱和3根圆钢管高强混凝土短柱进行了轴心受压试验,研究钢纤维掺量、含钢率和混凝土强度等级对钢管钢纤维高强混凝土短柱受力性能的影响。研究结果表明:随着钢纤维体积掺量的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的延性逐渐增大,承载力略有提高;随着含钢率的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力和延性均增大;随着混凝土强度等级的增加,钢管钢纤维高强混凝土短柱的承载力增大,延性逐渐降低;掺入钢纤维对钢管高强混凝土短柱的破坏模式几乎没有影响。最后给出了钢管钢纤维高强混凝土短柱承载力计算式。

针对混凝土中的钢骨锈蚀后,钢骨的周围产生锈胀力,随着锈蚀程度的增加,钢骨锈胀力将导致混凝土保护层开裂,影响钢骨混凝土结构耐久性的问题,应用弹性力学的方法建立了混凝土锈胀开裂时方钢管锈蚀量的计算模型,得到了钢骨锈蚀量的计算公式,并对影响钢骨锈蚀量的因素进行了分析.分析结果表明,钢骨锈蚀量随着混凝土保护层厚度、钢管内径的增加和混凝土强度等级的提高而加大,随着钢管外径和铁锈膨胀率的增加而减小.

运用统一强度理论,考虑中间主应力及钢管对混凝土的约束作用,在研究轴心受压承载能力的基础上,引入偏心率和长细比对柱承载力的影响,同时用厚边比影响的等效约束折减系数和混凝土强度折减系数对承载力进行折减,在厚壁圆筒统一强度理论解的基础上得出了方钢管-钢骨混凝土柱偏压极限承载力的计算公式。与有关文献试验结果进行了比较,吻合较好,验证了公式的正确性及可行性。结果表明:该公式有较强的适用性,为方钢管-钢骨混凝土柱偏压承载力分析提供了一定的理论依据,对理论研究和工程设计有一定的参考。

本文对影响新老混凝土粘结面断裂性能的主要因素进行了简要分析，提出了新老混凝土表面处理方法及粘结材料的特性和作用。

进行了6根方钢管钢骨高强混凝土压弯剪试件的试验研究。试验参数为轴压比、剪跨比及配骨指标。试验结果表明:在试验轴压比范围内,随着轴压比及配骨指标的增长,承载力逐渐增加;随着剪跨比的减小,抗剪承载力迅速增加,构件明显呈现剪切破坏特征。通过有限元法建立的计算模型,其计算结果经回归分析,得出了纯剪、压弯剪、压弯构件的界限剪跨比限值及实用的压弯剪构件极限承载力计算公式。在试验参数范围内,公式计算结果与试验结果吻合较好。

对钢骨-方钢管自密实高强混凝土短柱的轴压力学性能进行了试验研究和理论分析。通过13根短柱试件的轴压试验,研究了混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对该组合柱受力性能的影响。试验结果表明,方钢管、混凝土和钢骨的协同工作使该组合柱具有很高的承载力和很好的延性,其中方钢管的宽厚比是影响核心混凝土强度提高的主要因素,而混凝土的强度、方钢管的宽厚比和型钢的用量等因素对构件延性的提高均具有显著影响。在试验研究的基础上提出了核心约束混凝土的应力-应变模型,并利用该模型对钢骨-方钢管自密实高强混凝土轴心受压短柱的荷载-轴向变形关系曲线进行了计算,计算得到的极限承载力和峰值荷载后的变形规律均与试验结果吻合良好。该模型还可用于抗震结构中组合柱弯矩-曲率关系曲线的分析。

钢骨高强混凝土轴心受压短柱的试验研究——钢骨混凝土结构是高层建筑经常采用的结构形式，但涉及高强混凝土与型钢结合形成的钢骨高强混凝土结构性能国内外研究则很少。对钢骨高强混凝土轴压短柱的含钢率、配箍率等问题进行了试验研究，研究成果可为今后钢骨高强...

为研究方钢管高强再生混凝土柱的轴心受压性能,设计了3个方钢管高强混凝土柱足尺试件.3个试件几何尺寸相同,区别在于混凝土类型与内部构造.试件1为方钢管高强普通混凝土柱,试件2为方钢管高强再生混凝土柱,试件3为腔体内设置钢筋笼的方钢管高强再生混凝土柱.试验加载采用单向重复加卸载的方法.通过试验分析了各试件的破坏特征、承载力、耗能、延性和刚度,采用国内外5种规程对各试件轴心受压承载力进行了计算.研究表明:方钢管高强再生混凝土柱损伤过程和破坏形态与方钢管高强普通混凝土柱类似;方钢管内设置钢筋笼可显著提高试件的承载力、延性和耗能,减缓刚度退化;矩形钢管混凝土结构技术规程(cecs159—2004)承载力计算公式可用于方钢管高强再生混凝土柱轴压承载力计算,计算结果与实测值符合较好.

为了进一步研究方钢管-钢骨混凝土偏心受压柱的力学性能,采用叠加法推导了其在钢管、钢骨受拉、受压区屈服条件下的承载力计算公式;分析了长细比、偏心率、套箍率、配骨率等参数对偏压构件承载力的影响;通过算例对偏压柱正截面承载力的计算过程进行了演示。结果表明:偏心率的增大使承载力迅速降低;随着长细比的增加,构件的承载力呈直线下降;套箍率、配骨率的增加可以显著提高构件的承载力;得出的偏压承载力的计算公式可用于承载力复核,为方钢管-钢骨混凝土偏压柱设计提供参考。