矩形钢管混凝土不等端弯矩偏压柱力学性能研究.pdf

第 4 6卷 第 1 期 2 0 1 5年 1 月 Vb 1 4 6 NO 1 J a n 2O1 5 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o v 5 7 矩形钢管混凝土不等端弯矩偏压柱力学性能研究 黄 宏 ，曾根平 ，杨 超 2 ，陈梦成 ( 1 华东交通大学土木建筑工程学院，3 3 0 0 1 3 ，南昌 ； 2 东南大学土木工程学院，2 1 0 0 9 6 ，南京 ) 摘要：通过改变端弯矩比、荷载偏心率等参数 ，对矩形钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的力学性能进行 了试验研究，并在此基础上对其受力全过程进行了有限元模拟计算。结果表明，由于构件细长比较小，其最 终破坏形态为端部鼓曲破坏；刚度和极限荷载随构件荷载偏心率增大而减小，延展性增2 H ；有限元计算结果 与试验结果吻合。 关键词：矩形钢管混凝土；不等端弯矩；有限元；试验研究 中图分类号 ：T u 5 0 2 4 文献标志码 ：A 文章编号 ：1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 5 ) 0 1 0 0 5 7 0 4 EXPERI M ENTAL S TUDY OF CONCRETE FI LLED RECT ANGLE S TEEL TUBULAR COLUM NS S UB J ECT ED T o ECCE NTRI C LOADI NG OF UNEQUAL E ND- MOME NT HUANG Ho ng。 ，ZENG Ge n - pi n g。 ，YANG Ch ao ，CHEN Men g ch e ng。 ( 1 S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e ri n g a n d A r c h i t e c t u r e ，E a s t C h i n a J i a o t o n g Un i v e r s i t y ,Na n c h a n g ，3 3 0 0 1 3 ，C h i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e ri n g ，S o u t h e a s t Un i v e r s i ty,Na n j i n g ，2 1 0 0 9 6 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ： Ex p e r i me n t a l r e s e a r c h o n m e c ha ni c a l p r o p e r t y of c o n c r e t e - fil l e d r e c t a ng u l a r s t e e l t u b e e c c e n t r i c c o l umn wi t h u n e q ua l e n d be n d i n g mo me n t i s c a r r i e d o ut t h r o ug h c h a ng e o f s o me p a r a me t e r s ， s uc h a s e n d be nd i n g m o me n t r a t i o a nd l oa d e c c e n t r i c i t y, e t c Ba s e d o n t he r e s e a r c h r e s u l t s ， fin i t e e l e me n t s i mu l a t i v e c a l c u l a t i o n i s ma d e f o r t h e wh o l e f o r c e be a r i n g p r o c e s s I t i s f o u n d t h a t the fin a l f a i l u r e t y p e i s c u r v e d e n d d u e t o s ma l l s l e n d e r p r o p o r t i o n o f c o mpo ne n t ；rig i d i t y a n d l i mi t l o a d r e d u c e a n d d u c t i l i t y i n c r e a s e s whi l e l o a d e c c e n t r i c i t y o f c o mpo n e n t i nc r e a s e s ； t he r e s u l t o f fin i t e e l e me n t c a l c u l a t i o n i s c o mp l i a n t wi th t h e t e s t r e s ul t Ke y wo r ds ： c o n c r e t e - - fil l e d r e c t a ng l e s t e e l t u b ul a r c o l umn s ；un e q u a l e n d- mo me n t ； fini t e e l e me n t me t h o d ； e x p e r i me n t a l s t u d y 矩形钢管混凝土是指在矩形钢管中填充混凝土 而形成的构件。矩形钢管对核心混凝土的约束效果 虽然不如圆钢管对核心混凝土明显，但仍然具有很 好 的约束作用 ，主要表现于对构件 的延性 、抗 弯能 力及抗扭能力的提高。矩形钢管混凝土构件的连接 构造及 与墙体的连接均 比圆钢管 混凝土简便 ，也便 于在建筑室内使用，可以采用价格较低的平板式防 火板材作为外管材料。这一系列优点使矩形钢管混 凝土的工程实用价值越来越高 。 实际结构工程中， 某些情况下钢管混凝土偏压柱两端荷载偏心距不同， 会导致柱两端所受弯矩不同，本文中称该类柱为不 等端弯矩偏压柱。 为研究矩形钢管混凝土不等端弯矩偏压柱的力 学陛能，本文选取了端弯矩比和荷载偏心率为主要变 收稿 日期 ：2 0 1 4 9 2 3 基金项目：国家自然科学基金项 目 ( 5 1 0 0 8 1 2 2 ) ； 江西省教育厅科技计 划落地项 目 ( 赣财教 ( 2 0 1 1 ) 2 4 3 号) ； 江西省青年科学基金计划 ( 2 0 1 4 3 A C B 2 1 0 2 0 ) ； 江西省青年科学家培养对象 ( 2 1 0 3 3 B C B 2 3 0 1 5 ) 作者简介：黄宏 ( 1 9 7 7 一 ) ，女，江西樟树人，教授，博士，e m a i l ： h u a n g h o n g 1 9 7 7 f o x ma i l c o m 化参数 ，通过试验对矩形钢管混凝土不等端弯矩偏 压构件进 行了 力学 性能研 究 ，并采用有 限元软 件 A B A Q U S 分析计算矩形钢管混凝土不等端弯矩偏 压柱全受力过程 ，将理论分析结果与试验研究结果 进行对比。 1 试验研究 1 1 试 验 概况 在以端弯矩及荷载偏心率为主要变化参数的基 础上制作了 6 个矩形钢管混凝土试件，具体试件参 数见表 1 。 表 1 中： 为钢管短边边长； D为钢管长边边长； t 为钢管管壁厚度； L为试件计算长度； 为端弯矩比； 2 P D为荷载偏心率； 为试件长细比； 为钢管钢 材屈服强度 ； 为混凝土立方体抗压强度 ；N u 。 为试 验测得的试件极限承载力； N u 为有限元计算得到的 试件极限承载力。 其中，端弯矩 ： ，其中， ， 为构 件两端弯矩 ，且须满足 l I 1 长细比 2 = L i ，