方鋼管鋼骨高強混凝土偏壓柱試驗研究與理論

進行了9根方鋼管-鋼骨混凝土雙向偏壓試件的試驗研究,研究不同長細比、偏心率、配骨率及加載角度條件下試件的力學性能。結(jié)果表明:試件的承載力隨著長細比的增加緩慢下降;偏心率的增長導致承載力迅速降低;配骨率的增加使試件的承載力逐漸增長;加載角度的變化對承載力的影響有限。在此基礎(chǔ)上,編制了雙偏壓程序,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合很好。最后通過計算結(jié)果的回歸分析,得出了實用的方鋼管-鋼骨混凝土構(gòu)件雙向偏壓承載力計算公式。

在選擇了合理的鋼材、混凝土本構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上,利用有限元法進行了方鋼管鋼骨混凝土抗剪性能模擬。通過對剪跨比的分析,確立了純剪、彎剪及彎曲破壞的界限剪跨比值,分析了不同套箍率、配骨率、混凝土強度等參數(shù)對受剪性能的影響。最后,通過對計算結(jié)果的回歸分析,得出了實用的方鋼管鋼骨混凝土抗剪承載力計算公式,計算結(jié)果與相關(guān)文獻結(jié)果吻合很好。

通過6根鋼骨-方鋼管混凝土組合短柱的偏心受壓試驗,研究該組合柱的受力性能.試驗結(jié)果表明:鋼骨-方鋼管混凝土偏心受壓組合短柱試件的破壞是由于方鋼管局部出現(xiàn)凸曲而導致承載力的下降而引起的;混凝土的強度、方鋼管的寬厚比和鋼骨的用量都對組合柱的受力性能有著顯著影響;通過截面應(yīng)變分析,可以近似地認為偏心受壓組合柱符合平截面假定.

鋼骨-方鋼管高強混凝土柱的軸壓比限值——以軸壓比為主要參數(shù)，對l4根反復荷載作用下的鋼骨一方鋼管高強混凝土柱進行研究．結(jié)果表明，鋼骨的加入使方鋼管高強混凝土柱的位移延性系數(shù)顯著提高，但軸壓比仍是影響其組合柱延性的主要因素；組合柱的位移延性系數(shù)uδ...

為了進一步研究方鋼管-鋼骨高強混凝土軸心受壓短柱的特性,綜合考慮鋼骨存在對混凝土的影響,修正了方鋼管混凝土核心約束混凝土應(yīng)力-應(yīng)變模型;采用纖維模型法編制了非線性分析程序,計算了荷載-縱向應(yīng)變關(guān)系曲線,并與有關(guān)文獻的試驗曲線進行了對比,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合得很好.最后,通過對大量計算結(jié)果的回歸分析,得出了實用的軸壓短柱承載力計算公式.

以軸壓比為主要參數(shù),對14根反復荷載作用下的鋼骨-方鋼管高強混凝土柱進行研究.結(jié)果表明,鋼骨的加入使方鋼管高強混凝土柱的位移延性系數(shù)顯著提高,但軸壓比仍是影響其組合柱延性的主要因素;組合柱的位移延性系數(shù)μδ介于2.54～3.84.這表明當內(nèi)填混凝土強度很高時,為滿足抗震設(shè)計的要求,有必要對其軸壓比的限值作出規(guī)定.通過試驗軸壓比與設(shè)計軸壓比的換算,提出在滿足組合柱有限延性基礎(chǔ)上(μδ≥3)軸壓比的限值.

收稿日期:2007-11-20 基金項目:遼寧省重點實驗室基金資助項目(jg-200601);遼寧省科技攻關(guān)項目(20060708)· 作者簡介:趙同峰(1979-),男,遼寧遼陽人,東北大學博士研究生;王連廣(1964-),男,遼寧沈陽人,東北大學教授,博士生導師· 第29卷第10期 2008年10月 東北大學學報(自然科學版) journalofnortheasternuniversity(naturalscience) vol.29,no.10 oct.2008 方鋼管-鋼骨高強混凝土 軸壓短柱承載力分析 趙同峰 1 ,王連廣 1 ,趙爽 2 (1.東北大學資源與土木工程學院,遼寧

為了研究鋼管鋼骨高強混凝土組合構(gòu)件的抗彎性能,采用抗彎試驗研究方法和統(tǒng)一理論的計算方法,對工字形鋼骨的鋼管鋼骨高強混凝土構(gòu)件進行了抗彎的理論和試驗研究.試驗主要參數(shù)為配骨指標(ρ=0.3～0.6)和鋼骨的不同加載方向(強軸和弱軸).試驗表明:極限彎矩值隨配骨指標的增加呈非線性增長,當配骨指標一定時,極限彎矩值隨慣性矩的增加按比例增加,弱軸跨中變形大于強軸;組合構(gòu)件符合平截面假定,撓度曲線符合正弦半波分布;鋼管和鋼骨對混凝土的緊箍作用強軸高于弱軸,且隨配骨指標的減小而增加.在試驗分析的基礎(chǔ)上,建立組合構(gòu)件抗彎承載力計算公式,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好.

本文對3根冷彎型方鋼管高強混凝土短柱進行了軸心受壓試驗,并分析了冷彎型方鋼管高強混凝土軸心受壓短柱的受力性能及變形特點。提出了典型荷載-應(yīng)變?nèi)^程曲線,并分析了各階段的受力性能。得到如下結(jié)論:冷彎型方鋼管高強混凝土短柱充分利用了高強混凝土抗壓與鋼材抗拉的材性特點,其極限承載力較普通方鋼管混凝土更高;短柱試件承載力的下降取決于方鋼管的局部屈曲與核心混凝土失去三向受力狀態(tài)并被壓碎的程度;冷彎型方鋼管高強混凝土的極限承載力本質(zhì)上主要由冷彎型方鋼管局部屈曲控制;冷彎型方鋼管高強混凝土軸壓短柱后期延性較差,但含鋼率越大,其后期殘余承載力越大。

鋼骨-方鋼管自密實高強混凝土柱是一種重載柱設(shè)計的新模式.為了研究該組合柱的軸壓穩(wěn)定性能,以長細比(λ)為主要參數(shù),進行了8根組合長柱的軸心受壓試驗.試驗結(jié)果表明:由于內(nèi)填混凝土和鋼骨的存在,組合柱試件具有良好的穩(wěn)定性能;在研究的長細比范圍內(nèi)(λ=11~43),所有試件都具有較高的承載力和一定的延性,但是其承載能力和延性隨長細比的增大明顯降低.最后給出了鋼骨-方鋼管自密實高強混凝土柱的軸壓承載力計算公式,公式計算值與試驗值吻合良好.

進行了9根方鋼管鋼骨混凝土雙向偏壓柱試驗,研究其破壞形態(tài),分析荷載與縱向應(yīng)變關(guān)系及長細比、加載方向等參數(shù)變化對雙偏壓柱受力性能的影響。結(jié)果表明:當荷載達到極限荷載的50%～70%,鋼管的受壓區(qū)開始屈服;當荷載達到極限荷載的80%～90%,鋼骨的受壓區(qū)開始屈服。在試驗參數(shù)范圍內(nèi),加載角度的變化對偏壓柱的受力性能影響不大。通過有限元法建立計算模型,模型計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合很好。在此基礎(chǔ)上,通過變化計算參數(shù),分析了不同長細比、偏心距條件下,加載角度對偏壓柱受力性能的影響。結(jié)果表明,隨著長細比及偏心距的增大,加載角度的變化對雙偏壓柱受力性能的影響也越來越大。

為了進一步研究方鋼管-鋼骨高強混凝土壓彎構(gòu)件的力學性能,作者運用合成法和有限條帶法相關(guān)知識,編制了方鋼管-鋼骨高強混凝土壓彎構(gòu)件分析程序。程序計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好;在此基礎(chǔ)上,進一步分析了長細比、配骨率、套箍率變化對壓彎構(gòu)件承載力的影響規(guī)律;最后通過對大量數(shù)值計算結(jié)果的回歸分析,得出了實用的壓彎承載力計算公式。對典型試件的計算結(jié)果表明:該計算方法簡單有效,且具有較好的精度。

采用纖維模型法編制非線性分析程序,繪制出彎矩-曲率全過程曲線,并與有關(guān)文獻試驗數(shù)據(jù)進行比較,吻合較好。在此基礎(chǔ)上,對混凝土強度、鋼骨形式、配骨率、套箍率等因素對抗彎構(gòu)件力學性能的影響進行分析比較。最后通過對數(shù)值計算結(jié)果的回歸分析,得出實用的抗彎承載力計算公式。

對7根圓鋼管鋼纖維高強混凝土短柱和3根圓鋼管高強混凝土短柱進行了軸心受壓試驗,研究鋼纖維摻量、含鋼率和混凝土強度等級對鋼管鋼纖維高強混凝土短柱受力性能的影響。研究結(jié)果表明:隨著鋼纖維體積摻量的增加,鋼管鋼纖維高強混凝土短柱的延性逐漸增大,承載力略有提高;隨著含鋼率的增加,鋼管鋼纖維高強混凝土短柱的承載力和延性均增大;隨著混凝土強度等級的增加,鋼管鋼纖維高強混凝土短柱的承載力增大,延性逐漸降低;摻入鋼纖維對鋼管高強混凝土短柱的破壞模式幾乎沒有影響。最后給出了鋼管鋼纖維高強混凝土短柱承載力計算式。

針對混凝土中的鋼骨銹蝕后,鋼骨的周圍產(chǎn)生銹脹力,隨著銹蝕程度的增加,鋼骨銹脹力將導致混凝土保護層開裂,影響鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的問題,應(yīng)用彈性力學的方法建立了混凝土銹脹開裂時方鋼管銹蝕量的計算模型,得到了鋼骨銹蝕量的計算公式,并對影響鋼骨銹蝕量的因素進行了分析.分析結(jié)果表明,鋼骨銹蝕量隨著混凝土保護層厚度、鋼管內(nèi)徑的增加和混凝土強度等級的提高而加大,隨著鋼管外徑和鐵銹膨脹率的增加而減小.

運用統(tǒng)一強度理論,考慮中間主應(yīng)力及鋼管對混凝土的約束作用,在研究軸心受壓承載能力的基礎(chǔ)上,引入偏心率和長細比對柱承載力的影響,同時用厚邊比影響的等效約束折減系數(shù)和混凝土強度折減系數(shù)對承載力進行折減,在厚壁圓筒統(tǒng)一強度理論解的基礎(chǔ)上得出了方鋼管-鋼骨混凝土柱偏壓極限承載力的計算公式。與有關(guān)文獻試驗結(jié)果進行了比較,吻合較好,驗證了公式的正確性及可行性。結(jié)果表明:該公式有較強的適用性,為方鋼管-鋼骨混凝土柱偏壓承載力分析提供了一定的理論依據(jù),對理論研究和工程設(shè)計有一定的參考。

本文對影響新老混凝土粘結(jié)面斷裂性能的主要因素進行了簡要分析，提出了新老混凝土表面處理方法及粘結(jié)材料的特性和作用。

鋼骨高強混凝土軸心受壓短柱的試驗研究——鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)是高層建筑經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)形式，但涉及高強混凝土與型鋼結(jié)合形成的鋼骨高強混凝土結(jié)構(gòu)性能國內(nèi)外研究則很少。對鋼骨高強混凝土軸壓短柱的含鋼率、配箍率等問題進行了試驗研究，研究成果可為今后鋼骨高強...

為研究方鋼管高強再生混凝土柱的軸心受壓性能,設(shè)計了3個方鋼管高強混凝土柱足尺試件.3個試件幾何尺寸相同,區(qū)別在于混凝土類型與內(nèi)部構(gòu)造.試件1為方鋼管高強普通混凝土柱,試件2為方鋼管高強再生混凝土柱,試件3為腔體內(nèi)設(shè)置鋼筋籠的方鋼管高強再生混凝土柱.試驗加載采用單向重復加卸載的方法.通過試驗分析了各試件的破壞特征、承載力、耗能、延性和剛度,采用國內(nèi)外5種規(guī)程對各試件軸心受壓承載力進行了計算.研究表明:方鋼管高強再生混凝土柱損傷過程和破壞形態(tài)與方鋼管高強普通混凝土柱類似;方鋼管內(nèi)設(shè)置鋼筋籠可顯著提高試件的承載力、延性和耗能,減緩剛度退化;矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(cecs159—2004)承載力計算公式可用于方鋼管高強再生混凝土柱軸壓承載力計算,計算結(jié)果與實測值符合較好.

為了進一步研究方鋼管-鋼骨混凝土偏心受壓柱的力學性能,采用疊加法推導了其在鋼管、鋼骨受拉、受壓區(qū)屈服條件下的承載力計算公式;分析了長細比、偏心率、套箍率、配骨率等參數(shù)對偏壓構(gòu)件承載力的影響;通過算例對偏壓柱正截面承載力的計算過程進行了演示。結(jié)果表明:偏心率的增大使承載力迅速降低;隨著長細比的增加,構(gòu)件的承載力呈直線下降;套箍率、配骨率的增加可以顯著提高構(gòu)件的承載力;得出的偏壓承載力的計算公式可用于承載力復核,為方鋼管-鋼骨混凝土偏壓柱設(shè)計提供參考。

提出了一種重載柱設(shè)計的模式,即型鋼-方鋼管自密實高強混凝土柱。該組合柱是在方鋼管中填充自密實高強混凝土和型鋼而形成。通過13根型鋼-方鋼管自密實高強混凝土短柱的軸心受壓試驗,研究了該組合柱的受力性能。試驗結(jié)果表明自密實試件與經(jīng)過振搗的試件的受力性能幾乎沒有差別;型鋼的存在有效地延緩或抑制了高強混凝土中剪切裂縫的產(chǎn)生從而提高了構(gòu)件的延性;混凝土強度、方鋼管的寬厚比和型鋼的用量對構(gòu)件的強度和延性有著顯著影響。最后給出了型鋼-方鋼管自密實高強混凝土軸心受壓短柱強度承載力的計算公式,計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好。

方鋼管混凝土偏壓柱受力性能的試驗研究——以偏心率、長細比和混凝土強度為參數(shù)，通過15根方鋼管混凝土柱的偏心受壓試驗，研究了該種構(gòu)件的受力性能．結(jié)果表明，偏心率和長細比是影響方鋼管混凝土柱承載力的主要因素，隨偏心率增大，緊箍力對提高核心混凝土強度...