两种不同配刚形式的钢骨混凝土异形柱试验研究.pdf

第3 2 卷 增刊 2 0 0 7 年 6 月 广西大学学报( 自然科学版) J o u r n a l o f G u a n g x i U n i v e r s i t y ( N a t S c i E d ) V o l . 3 2 , S u g . J u n e , 2 0 0 7 文章编号: 1 0 0 1 - 7 4 4 5 ( 2 0 0 7 ) 增- 0 0 8 3 - 0 4 两种不同配钢形式的钢骨混凝土异形柱试验研究 袁新胜 ， 袁晓文2 ， 张崇华2 ， 苏益声2 ( 1 . 广西大学 基建处， 广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ; 2 . 广西大学 土木建筑工程学院， 广西 南宁 5 3 0 0 0 4 ) 摘要: 通过对两种不同配钢形式的6 个钢骨混凝土异形柱双向偏心受压破坏试验， 研究分析了这两种配钢形 式异形柱的工作机理、 破坏形态和极限承载力. 关键词: 钢骨混凝土; 钢筋混凝土; 异形柱; 试验研究 中图分类号: T U3 7文献标识码: A 近年来， 普通钢筋混凝土异形柱框架结构住宅在我国得到了较为广泛的推广应用， 但由于承载力及 抗震性能等因素的影响， 该结构只适用于多层及小高层住宅. 为了使异形柱框架结构能在更大的范围推 广应用， 国内一些学者开展了对钢骨( 全型钢) 混凝土异形柱结构的研究 1 - 2 .4 - 5 1 . 由于这种结构的节点 较复杂， 施工不方便， 笔者近期对全型钢骨架及半型钢半粗钢筋骨架这两种配钢形式的6 个钢骨混凝土 异形柱试件进行了正截面承载力对比试验研究. 1 试验概况 6 个试件包括3 个内包析架式全型钢骨架的L形截面异形柱( 图1 ( a ) ， 试件编号L , - - L 3 ) , 3 个部分型 钢加部分粗钢筋组成骨架的L形截面异形柱( 图1 ( b ) ， 试件编号L 1 - L 3 ) . 图1 ( b ) 的配钢形式主要是考虑 梁柱接头的施工方便. 为了施加偏心荷载， 试件两端做成四棱柱体， 端面加钢板， 钢板面垂直于试件纵轴 线. 试件截面尺寸、 配钢、 配筋等见图1 和表l . 介州洲咋，和共 、川 扛 - - - - - - - - - - - 一 一 r- - 一 护 陋 典乡 乍，! q :x1 产 - 一 - 一 _ _ x 2 矛 - - - - 一 才 ( a ) 图1 试件截面及配钢简图图2 纵向压力作用点位置 收稿日期: 2 0 0 7 - 0 4 - 2 1 ; 修订日期: 2 0 0 7 - 0 4 - 2 7 基金项目: 广西2 0 0 5 年科技攻关项目( 桂科攻。 5 7 4 0 0 7 ) 作者简介: 袁新胜( 1 9 6 9 - ) .， 男， 广西大学工程师. 万方数据 广西大学学报( 自然科学版)第 3 2 卷 表 1 试件编号b , 试件截面明细表 型钢、 粗钢筋配钢率% 1 0 0 3 0 0 1 0 0 3 3 0 1 0 0 2 0 0 1 0 0 3 0 0 1 0 0 3 3 0 1 0 0 2 0 0 1 0 0 2 6 0 1 0 0 2 9 0 1 0 0 3 8 0 1 0 0 2 6 0 1 0 0 2 9 0 1 0 0 3 8 0 5 . 0 1 4 . 5 2 3 . 2 2 4 . 7 9 4 . 3 2 2 . 9 3 1 7 0 . 2 6 3 3 4 . 0 0 3 0 0 . 0 0 1 7 0 . 2 6 3 3 4 . 0 0 3 0 0 . 0 0 1 8 9 . 7 4 5 6 . 0 0 1 8 0 . 0 0 1 8 9 . 7 4 5 6 . 0 0 1 8 0 . 0 0 1 6 8 . 3 9 6 6 . 0 0 1 1 0 . 0 0 1 6 8 . 3 9 6 6 . 0 0 1 1 0 . 0 0 1 3 1 . 6 1 2 6 4 . 0 0 9 0 . 0 0 1 3 1 . 6 1 2 6 4 . 0 0 9 0 . 0 0 LI玩LsLlaLzaLsa 表2 钢材实测力学指标表 试件名称材料名称屈服强度人( N / m m 2 )极限强度几( N / m m 2 ) 弹性模量E , ( N / m m ) L , L : 试件 L , a - L 3 a 试件 T型钢 钢板 角钢 T型钢 01 2 02 5 3 8 3 . 8 0 2 7 6 . 5 0 4 8 7 . 0 0 3 0 5 . 9 4 3 8 4 . 6 0 3 7 0 . 0 0 5 4 3 . 7 0 4 1 1 . 7 0 6 4 1 . 2 0 4 2 3 . 1 0 5 5 4 . 0 0 5 6 0 . 5 0 2 . 1 5 4 X 1 0 3 2 . 2 9 4 X 1 0 2 . 7 7 7 X 1 0 2 . 1 2 8 X 1 0 2 . 3 6 7 X 1 0 3 2 . 1 7 6 X 1 0 3 试件 表3 混凝土实测力学指标 关二 ( N/ mm2 ) f ( N/ mm2 ) L , -L : 试件 L , a - L 3 a 试件 E , ( N/ mm2 ) 3 . 7 5 X 1 0 3 . 5 X1 0 7 4 . 4 3 5 2 . 8 6 5 6 . 5 7 4 0 . 1 7 L 1 -L : 试件采用C 5 0 混凝土， L l a -L 3 a 试件采用C 4 0 混凝土. L , - L : 试件混凝土材料重量配合比为水泥 : 水 : 砂 : 碎石 : 外加剂=1 : 0 . 3 8 : 1 . 4 1 : 2 . 1 2 : 0 . 0 3 2 . L , a - L 3 a 试件混凝土材料重量配合比为水泥 : 水 : 砂 : 碎石 : 外加剂=1 : 0 . 4 7: 2 . 0 1: 3 . 0 1 : 0 . 0 2 5 . 试件内的型钢均采用工字钢在腹板上切割成的T形钢和钢板. 试验是在广西大学土木建筑工程学院结构试验室的5 0 0 0 k N压力试验机上进行. 各试件压力作用 点位置见图2 和表1 . 用压力机施加试验荷载， 压力值由压力传感器控制， 每级加载量为预计破坏荷载P u 的1 0 %， 加载至 0 . 9 P u 后， 每级加载为0 . 0 5 P u， 直至试件破坏. 每级加载稳载1 0 m i n 后， 观测试件的应变、 侧移及裂缝 开展情况. 试件的挠曲变形用百分表读取， 型钢、 钢筋及混凝土的应变均由D A 3 8 1 6 静态应变测量系统采集， 另用读数显微镜、 放大镜等观测裂缝宽度. 3 主要测试结果 3 . 1 破坏形态 试件L , 及L , a ， 靠近纵向压力一侧的型钢和钢筋先屈服， 混凝土出现纵向裂缝及混凝土与型钢的纵 向粘结裂缝， 然后在荷载增大不多的情况下， 混凝土达到极限压应变被压碎， 而远离纵向压力一侧的型 钢和钢筋， 或受压力较小或受拉而都未屈服. 试件L , , L , , L , a 和L 3 a ， 荷载的相对偏心距较大， 受拉型钢和钢筋先出现屈服， 随后受压型钢和钢筋 屈服， 最后混凝土被压碎. 试件L 3 和1 , 3 a 的裂缝开展情况见图3 . 万方数据 85 增刊 袁新胜等: 两种不同配钢形式的钢骨混凝土异形柱试验研究 厂一 _ _ _ _ ， - 一 一一2 l 弓 3 溯 ， 工 - 1; 峨 I 盛34二 B 1 二 _ 暴 岌 粼 诀 _ _ _ 宜词 谕 式鑫戮 弋 必竺 岁 1 止二 i绷 粼 丫 开万 1田打 摘星 丁- 严_ _盆 偿 些 ; 月犷 1 I巨至 丁 万 - - 一 下 忍奋 尸 叹 几日I C 7 布二 一 11 _ _ _ _ 一 二 尸 一A $ 7U K 一 _ ! - - - 一 涟 ! 一 - 一 乏_ 万二 . 宜遍 ，1 PI I 盯 一 二 弄 、 面 内 跌仁 妥 二曰 !一 月缪黝j巨 一 i 5 9 Y SY ._ _ _ 生 不黝 粼 . 月 上压 咧 一 谬灯 苏欲了 - 一 一 t T 二 三 7 纤 灭 盯至 丁 万 厂一- - - - - 一 L _ _ _ _ _ ，叫_ _ 一 又 几卜_ 卜1 0 7 0 、 _ 1 5 0 - - 弃巨 i:rWtX_-_ 扛 一 认_ 犷 一 扭土压味斌 6 丽 KR 柱中 “态轰远 爵 三 一 t 产产分 泪 冲 - 一 一一 一 - - -r - 一 十- 瘩 800%Xf- .- _._- _毕 文 _ ， _ 一 一七- 二 ， ， 八 一 斗一 奈 甘 崖 知 能 L 3 a 上L 图3 试件裂缝开展图 3 . 2 截面应变 所有试件的试验 图见图 . ， 从开始加荷至破坏， 截面应变基本上符合平截面假定， 试件1 - 3 和L 3 a 的截面应变 4 2 0 K N -习卜-川洲谁 丫 气 界 r 泛 尸了 ， 欢三 一 一I 卜 、 、 几 一 卜卜 、拼 令七 若 司 ， 从川二 全 扛 么 r二 、鱿二 之 沁 公 勺、 、 么 众二 之 二 ; 之 乙全卫 L 3 ,a 试件在7 0 0 k N时的中和轴位置L 3 a 试件在1 2 0 0 k N时的中和轴位置 图5 截面中和轴位置图 万方数据 8 6 广西大学学报( 自然科学版) 第 3 2 卷 4 截面极限承载力 试件破坏时的极限荷载尸及弯矩M、 从 I 从 值列于下表4 . 表4 试件破坏时的极限承载力表 试件编号截面配钢率% 轴压比 5 . 0 1 0 0 . 8 0 8 4 . 5 2 0 0 . 1 9 4 3 . 2 2 0 0 . 3 8 7 4 . 7 9 0 0 0 . 7 7 3 4 . 3 2 D 0 . 1 8 5 2 . 9 3 % 0 . 3 5 2 破坏荷载P / k N 破坏弯矩MAN m - MA N m- t 2 5 0 0 6 8 0 1 2 7 0 2 4 3 0 6 6 0 1 2 0 0 1 1 7 . 7 6 1 6 7 . 2 7 1 2 1 . 3 0 1 1 4 . 6 3 1 6 2 . 3 5 1 1 4 . 6 2 7 1 . 3 2 1 0 3 . 9 2 8 . 9 1 6 9 . 3 2 1 0 0 . 8 4 2 7 . 3 2 城AN m - 9 3 . 9 3 1 3 1 . 1 0 1 1 7 . 8 1 9 1 . 3 0 1 2 7 . 2 4 1 1 1 . 3 2 LI玩玩LlaLzaLsa 4 结语 ( 1 ) 试验结果表明， 两种配钢形式的钢骨混凝土异形柱在偏心压力作用下， 截面应变基本符合平截 面假定. ( 2 ) 试验结果表明， 钢骨混凝土异形柱在荷载作用下， 全型钢骨架或部分型钢加部分粗钢筋的骨架 均能与混凝土保持很好的协同工作， 直至达到极限承载力. ( 3 ) 试验结果表明， 两种配钢形式的钢骨混凝土异形柱在荷载作用下的破坏过程和破坏形态与钢 筋混凝土柱相似， 相对偏心距较大时表现为“ 受拉破坏” ， 相对偏心距较小时表现为“ 受压破坏” ( 4 ) 两种配钢形式的钢骨混凝土异形柱正截面承载力相当. 但部分型钢加部分粗钢筋骨架的异形 柱的节点明显有利于施工. 参考文献: I l l 2 1 3 4 1 宋怀金. 析架式钢骨的混凝土异形柱一不等肢L形截面正截面承载力研究 苏益声， 孙元习， 秦 玲. E x p e r i m e n t a l S t u d y O n S t e e l R e in f o r c e d C o n c r e t e 际会议论文集， 2 0 0 5 , 5 7 9 - 5 8 6 . 苏益声. 不对称截面钢筋混凝土短肢墙试验研究 J 建筑结构， 2 0 0 2 , ( 8 ) : D . 南宁: 广西大学， 2 0 0 5 . S p e c i a l -S h a p e d C o l u m n s D ， 南京国 7 - 9 . 苏益声. 钢骨混凝土异形柱正截面承载力影响因素探讨 J . 广西大学学报( 自 然科学版) , 2 0 0 5 , 3 0 ( 4 ):2 7 2 一2 7 4 . 5 许安邦， 陈宗平， 苏益声， 等。 两种不同混凝土异形柱正截面极限承载力的比较 J 。 广西大学学报( 自 然科学版) ， 2 0 0 6 , 3 1 ( 2 ) : 1 6 7 - 1 7 1 . E x p e r i m e n t a l s t u d y o f s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e s p e c i a l - s h a p e d c o l u mn s wi t h t wo d i f f e r e n t f o r m o f s t e e l r e i n f o r c e me n t Y U A N X i n - s h e n g l , Y U A N X i a o - w e n 2 , Z H A N G C h o n g - h u a 2 ， S U Y i - s h e n g 2 ( 1 . D e p a r t m e n t o f C a p i t a l C o n s t r u c t i o n , G u a n g x i U n i v e r s i t y , N a n n i n g 5 3 0 0 0 4 , C h i n a ; 2 . C o l l e g e o f C i v i l a n d A r c h i t e c t u r a : E n g i n e e r i n g , G u a n g x i U n i v e r s i t y , N a n n i n g 5 3 0 0 0 4 , C h i n a ) A b s t r a c t : I n t h i s p a p e r , t h e w o r k i n g m e c h a n i c s , f a i l u r e m o d e s a n d u l t i m a t e b e a r i n g c a p a c i t y o f s p e c i a l - s h a p e d c o l u mn s w i t h t w o d i f f e r e n t f o r m o f s t e e l r e i n f o r c e me n t a r e r e s e a r c h e d a n d a n a l y z e d , b a s e d o n f a i l u r e t e s t o # 6 S C R s p e c i a l - s h a p e d c o l u m n s p e c i m e n s s u b j e c t e d t o b i a x i a l e c c e n t r i c c o m p r e s s i o n l o a d i n g . K e y w o r d : s t e e l r e i n f o r c e d c o n c r e t e ; r e i n f o r c e d c o n c r e t e ; s p e c i a l - s h a p e d c o l u m n s ; e x p e r i m e n t a l s t u d y ( 资任编辑张晓云) 万方数据