方形薄壁钢管轻骨料混凝土短柱的承载力.pdf

第 2 7卷 第 2期 2 0 1 0年 6月 建筑科 学与 J o u r n a 1 o f Ar c h i t e c t u r e 工程 学报 a n d Ci v i l En g i n e e r i n g Vol I 2 7 NO 2 J u n e 2 0 1 0 文章编号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 0 ) 0 2 0 0 8 3 0 6 O 方形薄壁钢管轻 骨料 混凝土短柱 的承载 力 肖海 兵 。 ， 赵 均 海 ， 孙 珊 珊 ， 周 蓉 ( 1 长安大学 建筑工程学 院 ， 陕西 西安 7 1 0 0 6 1 ； 2 武 汉市建筑设计院 ， 湖北 武汉4 3 0 0 1 4 ) 摘要 ： 采用双剪统一强度理论 ， 综合考虑方形薄壁钢管的局部屈 曲效应以及轻骨料混凝土-3普通混 凝土多轴强度准则差异的影响 ， 推导出了方形薄壁钢管轻骨料混凝 土轴压短柱的极限承载力计算 公式， 同时分析 了拉压比、 材料强度参数 、 宽厚 比和混凝土强度对极 限承栽力的影响。结果表明 ： 该 计算结果与文献试验结果吻合 良好 ， 验证 了公式的合理性 ； 该结果为方形薄壁钢管轻骨料 混凝土轴 压 短柱 的承 载 力分析 计 算提 供 了理论 依 据 ， 具有 工程 参考 价值 。 关键词 ： 结构工程； 统一强度理论 ； 方形薄壁钢管 ； 轻骨料混凝土； 极限承载力 中图分类 号 ： TU5 2 9 5 9 文献标 志 码 ： A Be a r i ng Ca p a c i t y o f S h o r t Co l u m n o f Li g h Co nc r e t e f i l l e d S qu a r e Th i n- wa l l e d t we i g ht Ag g r e g a t e S t e e l Tu b e XI AO Ha i b i n g ，ZHAO J u n h a i 。SUN S h a n s h a n Z HOU Ro n g ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Ch a n g a n Un i v e r s i t y ，Xi S K I 7 1 0 0 6 1 ，S h a a n x i ，Ch i n a ； 2 W u h a n Ar c h i t e c t u r a l De s i g n I n s t i t u t e ，W u h a n 4 3 0 0 1 4，Hu b e i ，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：Ba s e d 0I 1 t he t wi n s h e a r uni f i e d s t r e ngt h t he or y， c o ns i de r i n g t h e e f f e c t s of l o c a l b uc kl i n g o f t he s qu a r e t hi n wa l l e d s t e e l t u be a n d t he m u l t i a x i a l s t r e ng t h c r i t e r i o n f or l i gh t we i ght a gg r e g a t e c on c r e t e， t he c a l c ul a t i o n f o r m ul a e o f ul t i ma t e be a r i ng c a p a c i t y o f s h or t c o l umn o f l i gh t we i g ht a g gr e g a t e c on c r e t e f i l l e d s q ua r e t hi n wal l e d s t e e l t ub e we r e de du c e d，m e a nwhi l e 。t he i nf l ue n c e s o f t e ns i o n c o m p r e s s i o n s t r e ng t h r a t i o，m a t e r i a l s t r e ng t h pa r a me t e r， wi dt h t h i c kne s s r a t i o，a s we l l a s c o nc r e t e s t r e ngt h o n t he ul t i m a t e be a r i ng c a pa c i t y we r e a n a l y z e d Re s u i t s s h ow t h a t t he c a l c ul a t e d r e s ul t s o bt a i ne d i n t h e p a p e r a g r e e we l l wi t h t e s t r e s ul t s f r o m t h e r e f e r e n c e s ， a nd i t c a n v e r i f y t he r a t i o na l i t y o f t he f o r m ul a e I t c a n pr o v i de t he t he o r e t i c a l b a s i s f o r c a l c uI a t i ng t he b e a r i ng c a pa c i t y o f s ho r t c ol u m n o f l i g ht we i ght a g g r e g a t e c o nc r e t e f i l l e d s q u a r e t hi n wa 1 1 e d s t e e l t u be，a nd t hi s s ol ut i on h a s a n i m p o r t a nt pr a c t i c a l v a l ue f o r e ng i ne e r i ng a ppl i c a t i o n s Ke y wo r d s ：s t r u c t u r e e n gi ne e r i n g；un i f i e d s t r e ng t h t he o r y；s q ua r e t hi n wa l l e d s t e e l t ub e：l i g ht we i g ht a g gr e ga t e c on c r e t e；ul t i m a t e b e a r i ng c a pa c i t y 引 言 冷弯薄壁型钢是一种轻型材料， 由于其具备卓 越的结构性能及延性 ， 被广泛用 于别墅 、 农村 建筑、 活动房 、 商业建筑、 体育场( 馆) 和工业厂房等轻型结 构 中 ， 通 常为 1 层 或 2层 ， 但 空心 薄壁钢 管柱 在 受 压时易发生局部屈 曲而失稳 。轻骨料混凝土具有 自 重轻 、 保温 、 隔热、 抗火性能好等优点 ， 被广泛应用于 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 4 2 3 基金项 目： 教育部高等学校博士学科点专项科研基金项 日( 2 0 0 4 0 7 1 0 0 0 1 ) ； 陕西省 自然科学基础研究计划项 目( S J 0 8 E 0 4 ) 作者简介 ： 肖海兵( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 湖南益 阳人， 长安 大学工学硕士研究生 ， Ema i l ： ma i l o n g wa n 1 6 3 c O r r l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 4 建筑科 学 与工程 学报 2 0 1 0正 工业与民用建筑、 桥梁结构和海洋工程中 ， 但轻骨 料混凝 土强度 低 、 塑性 和 韧 性差 、 变 形 较 大 ， 施 工 工 期长 ， 如果在 薄壁钢 管 中浇灌轻 骨料混 凝土 ， 组 成 薄 壁钢管轻 骨料混 凝 土构 件 ， 使 2种 材料 在 受力 过程 中相互作 用 ， 不 仅可 以弥补 2种材料 各 自的缺点 ， 还 能充分发 挥二 者 的优 势 。与 普通 钢 管 混凝 土 相 比 ， 薄壁钢管轻骨料混凝土可 以大幅度降低结构 自重， 使建 筑物最 大 限度 保 持 “ 轻 质 ” 的优 越性 ， 从 而 具 有 较好 的抗震 性能 。此外 ， 在多 低层建 筑 中 ， 由于结 构 构件承载力要求相对较低， 对于普通钢管混凝土而 言， 其经济效果不是很理想 3 。 ， 而薄壁钢管轻骨料 混凝 土结构 在 多 低 层 建 筑 中可 以充 分 发 挥 它 的优 势 ， 具有 较好 的经 济 效 益 。 目前 各 国对 薄 壁 钢 管轻 骨 料 混 凝 土 的 研 究 较 少 ， 基 本 上 以 试 验 研 究 为 主_ l ， 缺乏 深入 、 系统 的理 论分析 。为了进一 步研 究 薄壁钢 管轻骨 料混 凝 土 的力 学 性 能 ， 使 该 结 构 体 系快速地在 工程 中得 以应 用 ， 本 文 中采 用双 剪 统 一 强度 理论 ， 综合考 虑 薄壁 钢 管 的 薄壁 效应 以及 轻 骨 料混 凝土与 普通混 凝 土 多轴 强 度 准则 差 异 的影 响 ， 对方形薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱的力学性能 进行研 究 。 1 统一强度理论 俞茂宏在双剪强度理论的基础上 ， 建立了一种 全新 的考 虑主应 力 影 响 的适 用 于各 种 不 同材 料 的双 剪统一 强度理 论 ， 其数 学表 达式 为口 F 一 盯 l 一 ( 6 d z + ) 一 盯 2 l 上 l c， 上 l l F 一 ( + 幻 2 ) 一 d 口 。 一 。 旦 l ( 1 ) 1 I u 1 I a一 ， 6 = = = ： 5 ，B一 f a 一 ，D _ ， 一 一 l c 口 s rs l r s I 式 中 ： F、 F 为主应力 强度理 论 函数 、 。 、 。为 3 个 主应力 ； a 为 材料 的拉压 比 为 材料 拉 伸屈 服 极 限 应力 为 材 料 的压 缩 屈 服 极 限应 力 ； 为 材 料 剪 切屈服 极 限应力 ； b为 反 映 中间 主剪 应 力 以及 相 应 面上 的正应 力 对 材 料 破 坏 影 响 程 度 的 材 料 强 度 参 数 ； B 为剪应力 系数 。 2 极 限承载 力计算 2 I 考虑 冷弯效 应的钢 板 强度提 高值 对于冷弯薄壁钢管而言， 钢管经冷加工成型， 由 于冷作用 硬化 的影响 ， 屈服强 度有 所提高 ， 其提 高 的 幅度 与钢 管的材 质 、 截 面 形状 、 尺 寸 及成 型工 艺 、 加 工方 式等 因素有关 ， 因此 ， 考虑 冷弯效 应 的钢板强 度 提高值 可按式( 2 ) 进行计算l_ 1 ， 即 一 E l + ， ( 2 ) 式 中 ： 呀 为 成 型 方 式 系数 ， 对 于 冷 弯 高 频 焊 ( 圆 变 ) 方 、 矩形 钢管 ， 取 刁 一 1 7 ， 对 于 圆钢 管和 其 他开 I： 1 型 钢 ， 取 7 7 1 o ； 为 钢材 抗拉 强度 与屈 服 强度 的 比 值 ， 对于 Q2 3 5钢， 取 v =1 5 8 ， 对于 1 6 Mn钢， 取 I 4 8 ； t 为 型钢 的壁厚 ； Z 为 型 钢截 面 中心 线 的长 度 ， 可取作 型钢 截 面 面 积 与壁 厚 的 比值 ； 为 型钢 截 面 所含棱 角数 ； 为 型钢 截 面第 i个 棱 角 所对 应 的圆 周角 ； 为钢管 的屈 服强度 。 2 2 方形 薄壁钢 管 的承载 力 薄壁钢管混凝土是相对壁较厚的普通钢管混凝 土 而言 的 ， 其 主要 差别 在 于 薄壁 钢 管 混凝 土 需要 考 虑 薄壁钢 管 的局 部屈 曲对 构件力 学性 能的影 响 。要 判断 薄壁 钢管发 生 局部 屈 曲的 临界 条 件 ， 通 常采 用 临界 径厚 比( 圆钢管 ) 或 宽 厚 比 ( 方钢 管 ) 来 判 断 ， 但 由于 受残余 应力 、 初 始 缺 陷和 混凝 土 离 散 等 因素 的 影响 ， 该 比值 很难 通过试 验直 接加 以确定 ， 一般 只能 得出一个大致范 围。另外 ， 对薄壁钢管混凝上构件 的钢管 屈 曲时的 临界径 ( 宽 ) 厚 比尚没有一 种较好 的 计 算方 法来求 解 ， 因此 ， 各 国研究 者对 薄壁钢 管进行 计算 时需 考虑 局部 屈 曲时 的临 界径 ( 宽 ) 厚 比差 异 ， 如文 献 1 8 2 0 中计 算 的钢管 混凝土 轴压下 宽厚 比限值分别 为 9 0 、 6 4 、 8 6 3 。当钢 管 的径 ( 宽 ) 厚 比 超过 其界 限时 ， 则 需 要考 虑 钢 管 局部 屈 曲对钢 管 与 核 L2 , 混 凝土组 合作 用 的影 响 。 由于 薄壁 钢 管混 凝 土构 件 还处 于研 发 阶段 ， 目 前 中国规 范对 薄壁 钢管混 凝土 构件抗 压强度 的计算 尚没有做 出规定 ， 同时 现 有 的计 算 方 法种 类 繁 多且 复杂 。因此 ， 本文中采用一种全新的计算方法 ， 不考 虑薄 壁钢管 局部 屈 曲对 构 件 力学 性 能 的影 响 ， 直 接 采用 双剪统 一强度 理论 进行计 算 。 考 虑到 方形薄 壁钢 管轻骨 料混凝 土 内部 约束机 理的复杂性， 参考文献 2 1 的方法， 将方形薄壁钢管 等 效为 圆形 薄壁钢 管 的 受力 情 况 进行 分 析 ， 则 等效 圆钢管处 于轴压 、 环拉 和径 向受压 的三 向应力状 态 。 将方钢管混凝土的钢与混凝土面积按等面积方法分 别 转化 为等 效 圆钢 管 混 凝 土 的钢 与 混凝 土 面 积 ， 其 计 算公 式为 2 2 D 2 t 2 ( 一 )。 一 丌 r f r 一 0 56 4 2D 、 r = = = 0 5 6 4 2 ( D一2 t )L ( 4 ) 。 一 一 f 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 肖海兵， 等 ： 方形薄壁钢管轻骨料混凝土短柱的承载力 8 5 式 中 ： D 为 方 钢管 的外 边 长 ； r 、 t 。分 别 为 等效 圆 钢管 的外半 径 、 内半 径 和壁 厚 。 由于等效薄壁圆钢管为薄壁 圆筒 ， 按文献 2 2 ， 应 用统 一强 度 理论 对 薄 壁 圆 筒 进 行 分 析 ， 得 到 等 效 圆钢管 的 内压 力统一 极 限荷 载 P为 p一 兰 ! r 4( 1+ 6 ) r i 一 2 a 6 r + 4 t () 、 由文献 2 3 可 知 ， 方 形 薄 壁 钢 管 在 轴 压 下 的 极 限承 载力 ， 为 Nl 一 E 4 ( 1 +6 ) r 7 c +4 a b r i t 。 丁 ( P 4 ( 1 +6 ) r t 。 7 【 -厂 v ( 2 a ) ( 6 ) 2 3核 心轻 骨料 混凝 土 的承 载 力 近年 来 ， 中 国许 多科 研 院校 对 轻 骨 料 混凝 土 的 多轴 强度 特性 和 变形 规 律 进 行 了大 量 的试 验 研 究 ， 并 根 据试 验 结 果 建 立 了相 应 的本 构 关 系 和破 坏 准 则 。同时 ， 由文献 2 可知 ， 轻骨料混凝土在三 向应 力 作用 下应 力一 应 变 曲线有 明 显 的应 力平 台 区 ， 并 且 在 应力 平 台区轻 骨料 混 凝土 的 内部结 构 已遭 到大 范 围破坏 ， 因此 ， 在 实 际 应 用 中 ， 把 应 力 平 台 区流 塑 段 作 为 多轴压 状 态下轻 骨 料混 凝土 的极 限强度 ， 这样 ， 轻 骨料 混凝 土 的拉 、 压子 午线 相 交 ， 极 限强 度 面为 一 闭合 的空 间曲 面 ， 并 且 该 空 间 曲面 与 静 水 应 力 轴 相 交 于两 点 ， 即三 轴等 压 极 限强 度 点 和 三 轴 等 拉 极 限 强 度点 ， 这与一般认 为 的普 通混凝 土极 限强 度面 为一 开 口空间 曲面 的结 论 是截 然 不 同 的 ， 因此 ， 根据 普 通 混凝 土建立 的强度准则 已不再适用 于轻骨 料混凝 土 。 由以上 结 论 可 知 ， 钢 管 约束 下 普 通 混 凝 土 的强 度计 算公 式 并不 能很 好地 适应 于 核心 轻骨 料混 凝 土 的强 度 计 算 。因 此 ， 针 对 轻 骨 料 混 凝 土 ， 采 用 文献 2 4 中从 统 一强 度理 论推 导 出的混 凝 土三 向应 力状 态 下 的轴 向抗压 强度 计算 公式 ， 即 一 + 是 l _ ( 7 ) k 一 ( 1 十s i n ) ( 一s i n ) I 式 中 ： 为混凝 土 的 内摩擦 角 ； k的取 值在 1 0 7 0 之 间 ， 具体 由试 验 确 定 ； 为 混 凝 土 三 向 应 力 状 态 下的轴向抗压强度 ； 厂 为混凝土圆柱体的单轴抗压 强度 为 混凝 土受 到 的侧 向约束 应 力 。 研究 表 明 ， 方 钢 管 对 内部 混 凝 土 的 约束 可分 为 有效 约束 区 和非有 效 约 束 区 ， 考 虑 到其 混 凝 土 的约 束计 算 比较 复杂 ， 本 文 中 将 方形 薄壁 钢管 轻 骨 料 混 凝 土 的受 力情 况等 效 为 圆形 薄 壁钢 管轻 骨料 混凝 土 的受 力情 况进 行分 析 ， 为 弥 补转 化 后 圆钢 管 对 核 心 混凝 土 的 约 束 效 应 ， 引 入 混 凝 土 强 度 折 减 系 数 2 ) ， ， y u 一1 6 7 D2 “ 。 ， 其 中 D 为 等 效 圆钢 管 混 凝 土 钢 管 的 内径 。混 凝 土 强 度 折 减 系 数 ) ， 考 虑 了尺 寸 效 应 的影 响 。 轻 骨料 混凝 土 由于受 到 钢管 的约束 作用 而处 于 三 向应力 状 态 ， 并 且侧 向约 束力 为 。 一P， 将 其 代 人 式( 7 ) ， 同时引入混凝土强度折减系数 y ， 得 到核心 轻骨料 混凝土 的 承载力 为 N。 一A ) ， _厂 c 一丌 r y u ( 厂 +k P) ( 8 ) 式 中 ： A 为核 心 轻骨料 混 凝土 截 面面积 。 2 4 方 形薄 壁钢 管 轻 骨料 混 凝 土 轴 压 短 柱 的极 限 承 载力 方形薄壁钢管轻骨料混凝土柱的轴向极限承载 力 为薄 壁钢 管 、 核心 轻 骨 料 混 凝 土 的极 限 承载 力 之 和 ， 即 N N】 + N 2 ( 9) 式 中 ： N 为极 限承 载力 。 将式 ( 6 ) 、 ( 8 ) 代 入 式 ( 9 ) ， 得 到方 形 薄 壁 钢 管 轻 骨料 混凝 土柱 的轴 向极 限承载 力 N 为 N一 E 4 ( 1 +6 ) r 4 a b r t o 兀 P 4 ( 1 +6 ) Y i t 。 7 c _厂 v ) ( 2 a ) +丌 r ) ， ( r e +k P) ( 1 0 ) 3 公式验算 采用 文献 1 4 、 1 5 的试 验 数 据 进 行 极 限 承载 力 计 算 ， 试 验所 用 的 钢 管考 虑冷 弯 效 应 的 钢 板 强度 提 高值 可 由式 ( 2 ) 计 算得 出 ， 结果 如表 1 所 示 。 表 1 考虑冷弯效应的钢板强度提高值 Ta b 1 I n c r e a s i ng S t r e ng t h Val u e s o f St e e l Co ns i de r i n g Co l d - f o r m e d Ef f e c t 试件编号 D f 1 f MP a f y MP a ， 数据来 源 1 O O 1 O 8 7 2 2 9 3 2 3 5 2 6 1 O 2 6 l 2 O 1 3 4 8 2 2 9 3 2 3 4 1 2 1 0 2 1 文献 1 4 1 5 O 1 0 3 4 2 2 3 4 2 2 9 4 3 1 02 7 4 _ 1 Q 1 2 O 8 2 2 2 7 2 2 7 8 8 1 O 2 3 4 2 Q I O 3 4 2 2 2 7 2 2 8 7 5 1 0 27 文献 1 5 4 3 Q 9 3 8 2 2 2 7 2 2 9 3 8 1 0 3 0 4 4 Q 8 O 5 2 2 2 7 2 3 O 5 0 1 O 35 考 虑到 大多 数 金 属类 材料 都 有 明显 的屈 服点 ， 并且 韧性 金属 材 料拉压 比 a一般 为 0 7 7 1 O 0 ， 因 此 ， 取 k 一3 0 、 a 一0 8 、 b 1 0时式 ( 1 0 ) 的计算 结 果 与文 献 1 4 、 E 1 5 中试 验结 果进 行 比较 ， 此 时统一 强 度理 论退 化 为双 剪屈 服准 则 ， 比较结 果如 表 2所示 。 从表 2可以看 出， 基于统一强度理论推导 的方形薄 壁钢 管轻 骨料 ? 昆 凝 土轴 压 短柱 的承 载力计 算公 式所 得 的结果 与试 验结 果 吻合 良好 ， 说 明将 统 一 强 度理 论应 用 于方形 薄壁 钢 管轻 骨料混 凝 土柱 的承 载力计 算 是 可行 的 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 8 6 建筑科 学与 工程 学报 2 0 1 0阜 表 2 文献E l 4 、 1 5 试验结果与本文计 算结果的对 比 T a b 2 C o mp a r i s o n s o f T e s t R e s u l t s f r o m R e f e r e n c e s 1 4 、 1 5 a n d C a l c u l a t e d R e s u l t s i n t h e P a p e r 试件编号 D ram t lT l m D t 1 f y MP a f o MP a N k N N h j k N N N五 数据来源 1 0 0 1 l 0 O 0 9 2 1 O 8 7 0 2 3 5 3 l 7 6 7 3 7 6 07 3 7 7 0 0 9 9 7 5 1 0 0 2 1 O O 0 9 2 1 O 8 7 0 2 3 5 3 1 7 6 7 3 7 6 O7 3 9 8 0 0 9 4 4 9 1 0 0 3 1 O O 0 9 2 1 O 8 7 O 2 3 5 3 1 7 6 7 3 7 6 07 3 6 9 0 1 0 1 9 2 1 0 0 4 1 O 0 0 9 2 1 O8 7 0 2 3 5 3 2 2 3 1 4 2 0 1 9 4 0 3 0 1 04 2 6 1 O 0 5 1 O 0 0 9 2 l O 8 7 0 2 35 3 2 2 3 1 4 2 O 1 9 4 2 9 0 0 97 9 5 1 0 0 6 1 O O O 9 2 1 O 8 7 0 2 35 3 2 2 3 1 4 2 0 1 9 4 3 4 0 0 9 6 8 2 1 2 0 1 1 2 O 0 8 9 1 3 4 8 3 2 3 4 1 1 7 6 7 4 7 6 5 1 4 8 3 0 0 9 8 6 6 1 2 O 一 2 1 2 O O 8 9 1 3 4 8 3 2 3 4 1 l 7 6 7 4 7 6 5 1 4 7 1 0 1 0 1 1 7 文献 1 4 1 2 0 3 1 2 O 0 8 9 l 3 4 83 2 3 4 1 2 2 3 l 5 39 1 8 5 3 3 0 1 0 1 1 6 1 2 O 一 4 1 2 O 0 8 9 1 3 4 83 2 3 4 1 2 2 3 1 5 3 9 1 8 5 2 7 O 1 0 2 3 1 1 5 O 一 1 1 5 O 1 4 5 l O 3 45 2 2 9 4 l 7 6 7 8 23 6 2 8 7 7 0 0 9 3 9 1 1 5 0 2 1 5 0 1 4 5 1 O3 4 5 2 2 9 4 l 7 6 7 8 2 3 6 2 8 9 3 0 0 9 2 2 3 1 5 0 3 1 5 O 1 4 5 1 O3 4 5 2 2 9 4 1 7 6 7 8 2 3 6 2 8 87 0 0 9 2 8 5 l 5 O 一 4 l 5 0 1 4 5 1 0 3 4 5 2 2 9 4 2 2 3 l 9 l 8 3 1 9 5 8 0 0 9 5 8 6 1 5 0 5 1 5 O 1 4 5 1 O 3 4 5 2 2 9 4 2 2 31 9 1 8 3 l 9 7 6 0 09 4 0 9 1 5 0 6 1 5 O 1 4 5 1 0 3 4 5 2 2 9 4 2 2 3l 9 l 8 3 1 9 4 1 0 O 9 7 5 9 4 1 Q 1 8 O 1 4 9 1 2 0 8 1 2 2 8 0 1 9 2 9 1 1 1 9 6 5 1 0 8 2 5 1 0 3 4 3 4 - 2 Q 1 5 O 1 4 5 1 0 3 4 5 2 2 9 0 l 9 2 9 85 5 9 5 9 4 3 0 0 9 0 7 7 文献 1 5 4 - 3 Q 1 3 5 1 4 4 9 3 7 5 2 2 9 0 2 2 6 5 7 9 2 8 2 7 7 9 8 1 0 1 6 7 4 - 4 Q 1 2 O 1 4 9 8 0 5 4 2 3 0 0 2 2 6 5 6 8 5 7 4 5 36 0 1 2 7 9 4 注 ： N h i 为文献 1 4 、 1 5 中的承载力试验值 。 4影响因素分析 4 1 拉压 比与材料 强度参 数 对于材料的承载力 ， 只要确定了 a 、 b的值 ， 就能 得 到更准确 的计算 结果 ， 并且对 于不 同的外 包材料 ， 考虑 a 、 b的影 响是 非 常有 必 要 的 。本 文 中取 参 数 D t 1 0 8 7 ， 一2 3 5 3 MP a ， fc 一1 7 6 7 MPa ， 对 式 ( 1 0 ) 的结果进 行 分 析 ， 拉 压 比 a和材 料 强度 参 数 b对 方形薄 壁钢管 轻骨料 混 凝 土柱 的极 限承载 力 的 影响如 图 1 所 示 。由图 l可知 ： 当 一定 时 ， 极 限 承 载力 随 b的增大 而增大 ； 当 b一定 时 ， 极 限承载力 随 a的增大 而增 大 。 4 2宽厚 比与混凝 土强度 为了分析方便 ， 定义 S 为方形薄壁钢管轻骨料 混凝土的承载力提高系数 ， S 一 ， N。 ， 其中 N。为 试件名义轴压强度承载力l_ 2 ， N。 -A。 +A _ 厂 c ， A。 为钢管的截面面积， -厂 5 为钢管的抗压强度， 厂 。 为 混 凝 土轴心抗 压强 度标准 值 。对 式 ( 1 0 ) 承载 力提 高系 数进行 分析时 ， 取 尼一3 0 ， a =0 8 ， b 一1 0 ， 一 厂 y = = = 2 3 5 3 MP a ， 则宽厚 比和混凝土强度对 承载力 提高系数的影响如图 2所示 。由图 2可知， 承载力 Z 奎 b 图 1 N 与口、 b的关 系 Fi g 1 Re l a t i o ns Amo ng N a nd a。 b 图 2 S - 与 DI t 、 f c 的关 系 F i g 2 Re l a t i o n s Amo n g s l a n d D t 。 f o 提高 系数 随着宽厚 比的增 大 和混凝 土强度 的提高 而 减小 ， 这 主要 是 因为 随着 宽 厚 比的增 大 和混 凝 土强 度 的提 高 ， 钢 管混凝 土 的套箍指标 减小所 引起 的 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 肖海兵 ， 等 ： 方形薄壁钢管轻骨料混凝土短柱的承载力 8 7 5 结语 ( 1 ) 基 于双 剪统 一强 度理 论 ， 综合 考虑 方形 薄壁 钢 管 的薄壁 效应 以及 轻骨 料 混凝 土与 普通 混凝 土 多 轴 强度 准则 差异 的影 响 ， 推 导 出 了方 形 薄 壁 钢 管轻 骨料混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式。该公 式考虑了中间主应力的影 响， 应用该 公式 时可 以依 据 不 同的材 料选取 相 应 的屈服 准则 和强 度 准则 。 ( 2 ) 将 本 文计 算结 果 与文献 试 验结 果进 行 比较 ， 两者 吻合 良好 ， 说 明 不 考 虑 薄 壁钢 管 局 部 屈 曲 的影 响 ， 直接将 双 剪统 一 强 度 理论 用 于方 形 薄 壁 钢 管 轻 骨料 混凝 土 柱 的承 载力 计 算 是 可 行 的 ， 为工 程 设 计 提供 了理 论依 据 。 ( 3 ) 结 合本 文理 论计 算公 式 分析 了拉 压 比、 材 料 强度 参数 、 宽 厚 比和 混 凝 土 强度 对 方 形 薄 壁 钢 管 轻 骨料 混凝 土柱 极 限承 载力 的影 响 。极 限承 载力 随拉 压比和材料强度参数增大而增大 ， 承 载力提高系数 随着 宽厚 比的增 大 和混凝 土 强度 的提 高 而减 小 。 参考 文献 ： Re f e r e n c e s ： 1 高欣建 ， 俞继前 ， 林 敏忠 冷 弯型钢在轻钢建筑 中的应 用 J 新型建筑材料 ， 1 9 9 9 ( 4 ) ： 8 - l O ， 1 1 2 3 4 5 GA0 Xi n - j i a n YU J i q i a n ， LI N Mi n - z h o n g Ap p l i c a t i on o f Co l d For m i n g Se c t i o ns i n Li gh t St e e l Con s t r u c t i o n J N e w B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 1 9 9 9 ( 4 ) ： 8 - 1 0 ， l 1 宋玉 普 多 种 混 凝 土 材 料 的 本 构 关 系 和破 坏 准 则 M 北京 ： 中国水利水电出版社 ， 2 0 0 2 SONG Yu p uCon s t i t u t i v e Re l a t i o ns a n d Fa i l u r e Cr i t e r i o n o f Mu l t i p l e C o n c r e t e Ma t e r i a l s M B e i j i n g ： C hi na W a t e r Powe r Pr e s s， 2 0 02 韩林海 钢管 昆 凝土结构 理论与实践 M 北 京 ： 科 学 出版 社 ， 2 0 0 4 HAN I i n h ai Co nc r e t e Fi l l e d St e 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S c i e n c e Ed i t i o n， 2 0 0 8 ， 4 0( 4 ) ： 54 9 5 55 马淑芳 ， 赵均海 ， 魏雪英 双剪统一 强度 理论 下钢管 混 凝土承载力 的理论分 析及 试验 研究 J 西安 建筑科 技大学学报 ： 自然科学版 ， 2 0 0 7 ， 3 9 ( 2 ) ： 2 0 6 2 1 2 MA S h u f a n g。 ZHA0 J u n - h a i ， W E I Xu e y i n g Ex p e r i me n t a l a n d The or e t i c a l I nve s t i g a t i o n o f Lo a d Ca p a c i t i e s of Co nc r e t e Fi l l e d St e e l Tub e Ba s e d o n t he T wi n S h e a r U n i f i e d S t r e n g t h Th e o r y J J o u r n a l o f Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t u r e& Te c h n o l o g y ： Na t u r a l S c i e n c e E d i t i o n， 2 0 0 7 ， 3 9 ( 2 ) ： 2 0 6 2 1 2 闫月梅 ， 杜晓巍 钢 管混凝 土柱 加强 环式节 点 的有 限 元分析 J 西安科技大 学学报 ， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 1 ) ： 2 4 2 7 YAN Yu e me i ， DU Xi a o we i F i n i t e El e me n t An a l y s i s f o r En f o r c e d I o o p J o i 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 u l a r C o l u mn J J o u r n a l o f Xi a n Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c hn ol og y， 20 05， 2 5(1 )： 2 4 2 7 魏锦 ， 赵均海