钢管混凝土受压短柱刚度的试验研究.pdf

2 0 1 3年第 1 0期 1 0月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 C HI NA CO NC RE T E AND CE ME NT P RODUC T S 2 01 3 No 1 0 0c t o b e r 钢管混凝土受压短柱刚度的试验研究 张 翔 ， 刘鹏程 ( 1 四川建筑职业技术学院土木工程系 ， 德阳 6 1 8 0 0 0 ； 2 国家林业局昆明勘察设计 院， 6 5 2 2 1 6 ) 摘要 ： 针对混凝土强度对钢管混凝 土受压短 柱刚度 的影响， 进行 了试验研 究。 结果表 明。 随着混凝 土强度的增 高， 混凝土弹性模 量的增 大， 构件的竖 向和抗弯 刚度均增 大。 混凝土 强度对钢 管混凝土 受压短柱刚度的影响程度 为： 轴 压 构 件 小偏 压 构 件 大 偏 压 构 件 关键 词 ： 钢管混凝土 ； 竖向刚度 ； 抗弯刚度 ； 混凝 土强度 Ab s t r a c t ： T h e e ff e c t o f c o n c r e t e s t r e n g t h o n t h e s t i ff n e s s o f c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e s h o r t c o l u mn s u n d e r c o mp r e s s i o n i s s t u d i e d b y s o me e x p e r i me n t s Th e r e s u l t s s h o w t h a t wi th t h e i n c r e a s i n g o f s t r e n g t h a n d e l a s t i c mo d u l u s o f c o n c r e t e ， v e r t i c a l a n d fl e x u r a l s t i f f n e s s o f t h e c o mp o n e n t s a r e a l l i n c r e a s e d An d t h e i n fl u e n c e d e g r e e o f c o n c r e t e s tr e n g t h o n t h e s t i ff n e s s o f c o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e s h o rt c o l u mn s u n d e r c o mp r e s s i o n ：a x i a l c o mp r e s s i o n me mb e r s ma l l e c c e n t r i c c o mp r e s s i o n me mb e r l a r g e e c c e n t r i c c o mp r e s s i o n me mb e r Ke y wo r d s ： C o n c r e t e f i l l e d s t e e l t u b e ； Ve r t i c a l s t i ff n e s s ； B e n d i n g s t i ff n e s s ； C o n c r e t e s t r e n g t h 中图分 类号 ： T U 5 2 5 文献标识码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 0 - 4 6 3 7 ( 2 0 1 3 ) 1 0 3 5 0 4 0前 言 钢管混凝土把两种不 同性质 的材料 结合在一 起共 同工作 。 充分发挥了钢材受拉性能高和混凝土 受压性能好的优势 ， 具有强度高 、 塑性好 、 施 工速度 快的优点【 ” 。近年来 ， 钢管混凝土结构在高耸结构 中 的应用引起了越来越多的关注。 本文针对混凝土强度 对 钢 管 混凝 土短 柱 刚度 的影 响 进 行 了试 验 研 究 【 得 出了一些结论 。可供设计人员和科研工作者参 考 。 1 试 件 制作 本试验钢管采用 Q 2 3 5钢材 。 C 3 0采用 3 2 5级 普通硅 酸盐 水泥 ， C 5 0采用 5 2 5级普通 硅酸盐水 泥 ，用 粒 径 为 O 2 5 1 6 0 c m 的 碎石 及 中等 粒度 的河 砂与细河砂混合作为骨料 试件 的混凝 土配合 比 为水泥 ： 砂 ： 碎石 ： 水 ， C 3 0为 1 ： 1 1 2 ： 1 8 9 ： 0 3 4 ； C 5 0为 1 ： 1 6 0 ： 3 2 4 ： 0 5 6 。名义破 坏荷载采用 C E C S 2 8 ： 9 0 ( 钢管混凝土结构设计与施工规程 的公式计 算值。本试验构件的截面尺寸及相关参数见表 1 。 表 1 试验构件的截面尺寸及相关参数 为了保证钢管与混凝土共同受力 。在试件两端 以 2 0 3 0 ra m厚 的钢板焊牢 对于加载点超过试件管 壁以外的大偏心试件 。端板采用外挑 3 0 mm厚的钢 板且在外挑钢板下设置牛腿 。下端板于浇灌混凝土 前焊好 ，兼作浇混凝土 的底模 ，上端板开直径为 8 0 ra m 的圆孔 ， 供浇灌混凝土用【 3 1 。试件加工 图见图 1和 图 2 试件采用室内标准养护 2 8 d ，管 内混凝土强度 由 同条 件 成 型养 护 并 与 试 件 同 龄期 的 1 5 0 m m 1 5 0 m mx 1 5 0 mm立方体试验确定。 本次试验中，为了比较短柱在轴压和偏压状态 下的力学性能 ，对 B 1 、 C1 进行 了轴压试验 ， B 2 、 C 2 进行 了小偏心受压试验 。 B 3 、 C 3进行 了大偏心受压 试 验 4 1 。 一 3 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3年第 1 0期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 0期 Z j 四 懈 框 图 1 1 B 1 、 C 1竖向总位移 比较曲线 中截面横向挠度 m m 图 1 2 B 2 、 C 2横向挠度 比较 曲线 图 1 3 B 3 、 C 3横向挠度 比较 曲线 由图 1 1 一 图 1 3可以得知 。 混凝土强度对构件刚 度 的影响 。 在线 弹性 阶段不明显 ， 当钢管屈服且套 箍力发生作用后 。 随着荷载的增加 。 混凝土强度越 高其构件刚度也就相对越高 ：而在小偏压构件 中， 混凝土强度对其抗弯刚度 的影响十分显著 混凝土 强度较高的构件 C 2的抗弯刚度明显大于 B 2构件 ： 对 于大偏压构件 ，由于其套箍力作用 的时间较晚 ， 且 构 件接 近破 坏 时 混 凝 土 的强 度 还没 有得 到 充 分 的发挥 ， 所以 ， 混凝土强度对大偏压 圆钢管混凝土 一 3 8一 抗弯刚度的影响很小 ， 可以忽略不计【 7 _ 。 4结语 ( 1 ) 从试件的宏观破坏现象来看 ， 轴压试件的破 坏模式为： 中截面四面微鼓 ， 有钢渣掉落 ； 对于小偏 压试件 ，破坏的主要表现为试件往荷载方 向弯曲。 荷载对立面有钢渣掉落 ， 且能观察到细微裂缝 ， 并有 炸裂声 ， 其破坏后的弯曲程度随混凝土强度的降低 而增大； 对于大偏压试件 ， 其破坏的宏观表现类似于 小偏压试件 ， 但同一组试件 中的弯曲程度 明显大于 小偏压 试件 ， 且无 炸裂声 。 ( 2 ) 随着混凝土等级的增高， 混凝土弹性模量增 大 ， 构件 的竖向刚度和抗弯刚度增大。混凝土强度 对 圆钢 管混 凝 土受 压短 柱 刚度 的影 响 程度 为 ： 轴 压 试件最大 、 小偏压试件次之 、 大偏压试件最小。 ( 3 ) 影响钢管混凝土刚度的因素还有很多9 - 1 o ， 比如钢管混凝土的含钢率、 钢材强度、 长细比等对刚 度均有不同程度 的影响。 建议对圆钢管混凝土短柱 刚度的影响因素进行更多的试验研究和数值分析 ， 以扩展其在实际工程中的应用。 参考文献 ： 1 蔡绍 怀 现代 钢管混凝土结 构 M】 北京 ： 人 民交 通出版社， 2 o 0 3 3 【 2 】 钟善桐 钢管混凝 土结构 M 】 第 3版 北京 ： 清华 大学 出版 社 2 0 0 3 【 3 张春 梅， 阴毅， 周 云 影响钢管 混凝 土柱轴压承载力 的因素 分析 J 工业建筑， 2 0 0 4 ， 3 4 ( 1 0 ) ：6 6 6 8 4 樊晓 ， 陈忠范 钢管混凝土抗弯刚度的分析及应用 J 1 常州 工学院学报， 2 0 0 5 ， ( 1 8 ) 增 刊： 6 4 6 8 5 】 康希 良， 赵鸿铁， 薛建 阳， 等 钢管混凝 土柱组合 轴压 刚度 的理论分析f J 工程力学， 2 0 0 7 ， 2 4 ( 1 ) ： 1 0 1 1 0 5 6 】 李华钢， 蔡健 带约束拉 杆矩形钢管混凝土短柱 承载力计 算 J 混凝土与水泥制品， 2 0 1 2 ( 3 ) ：4 9 5 4 【 7 】 R o e d e r C W， C a m e r o n B ， B r o w n C B C o m p o s i t e a c t i o n i n c o n c r e t e f i l l e d t u b e s J J o u r n a l o f S t r u c t u r a l E n g i n e e r i n g ， A S C E ， 1 9 9 9 ， 1 2 5 ( 5 ) ： 4 7 7 - 4 8 4 【 8 】 Z h o n g S h a n t o n g ， Z h a n g S u m e i A p p l i c a t i o n a n d d e v e l o p me n t o f c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b e s i n h i g h ri s e b u i l d i n g s J A d v a n c e s i n S t r u c t u r a l E n g i n e e ri n g ， 1 9 9 9 ， 2 ( 2 ) ： 1 4 9 - 1 5 9 【 9 】 侯现创 钢管混凝 土构件 的非 线性有 限元分析 J 1 结 构工 程师， 2 0 0 5 。 2 1 ( 3 ) ： 2 7 2 9 【 1 0 】 陈宝春， 王来永， 韩林海， 等 钢管混凝土偏心受压应力一 应 变试验研究 J 1 工程力学， 2 0 0 3 ， 2 0 ( 6 ) ： 1 5 4 1 5 9 收稿 日期 ： 2 01 3 0 8 2 5 作者简介 ： 张翔( 1 9 8 1 一 ) ， 男 ， 讲师。 通讯地址 ： 四川省德阳市嘉 陵江西路 4号 联 系 电话 ： 1 3 6 7 8 3 8 4 8 7 9 E -ma i l ： z h a n g x1 9 81 1 6 3 c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m