考虑初应力的哑铃型钢管混凝土短柱轴压承载力分析.pdf

第 2 9卷 第 3 期 2 O l 2年 9月 建筑科 学与 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e 工程学报 a n d C i v i l En g i n e e r i n g Vo 1 29 Se pt NO 3 2 01 2 文章编号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 2 ) 0 3 0 0 9 0 0 7 0 考虑初应力的哑铃型钢 管混凝土短柱 轴压承载 力分析 李 艳 ， 赵均海 ， 梁文彪 ， 朱倩 ( 长安大学建筑工程学院 ， 陕西西安7 1 0 0 6 1 ) 摘要 ： 在 4种 无初 应 力的哑铃 型钢 管混凝 土柱极 限承 载力计 算 方法的基 础上 ， 引入 考虑初 应 力影响 的折 减 系数 ， 得到 了考 虑初应 力影 响的哑铃 型钢 管混 凝 土短 柱轴 压极 限承载 力的 计算公 式 ； 通 过合 理地考虑中间主应 力和材料拉压比对哑铃型钢管混凝土短柱轴压极 限承载力的影响， 提 出了一种 新 的基 于 双剪统 一强度理 论 的计算 方法 。将 各 种计 算 方法 的计 算值 与 试验 值 进行 比较 ， 验证 了本 文计 算公 式的合理 性 ， 并分析 了各种 方 法的基本 特点 ， 可供 工程应 用参 考 。 关键词 ： 轴压 承载 力 ； 双 剪统一 强度理 论 ； 哑 铃 型钢 管 混凝 土短 柱 ； 初 应 力 中图分 类号 ： TU3 9 8 9 文献标 志码 ： A Ana l y s i s o f Ax i a l Be a r i n g Ca p a c i t y f o r Du mb b e l l S h a p e d Co n c r e t e f i l l e d S t e e l Tu b u l a r S t u b Co l u mns wi t h I ni t i a l S t r e s s LI Ya n，ZHAO J u n h a i ，L I ANG W e n b i a o ，Z HU Qi a n ( S c ho ol of Ci vi l Engi n e e r i n g，Cha n g a n Uni v e r s i t y，Xi a n 71 0 061，Sha a nxi ，Chi na ) Ab s t r a c t ：Ba s e d on f o u r c a l c ul a t i o n m e t ho d s o f ul t i m a t e be a r i n g c a p a c i t y f o r du mbb e l l s h a p e d c o nc r e t e f i l l e d s t e e l t u bu l a r( CFST)c o l u mns wi t h ou t i ni t i a l s t r e s s 。a nd t hr o ug h i mpo r t i n g i n i t i a l s t r e s s r e d uc t i on f a c t o r， t he c a l c ul a t i on f o r m u l a s o f t h e a xi a l ul t i ma t e be a r i n g c a pa c i t y f o r d umbb e l l s h a pe d CFST s t ub c o l u m n s wi t h i ni t i a l s t r e s s we r e de d uc e d wi t h c o ns i d e r a t i on o f t he i nf l u e n c e o f i ni t i a l s t r e s s Ac c or d i n g t o t h e t wi n s he a r u ni f i e d s t r e n g t h t he or y，wh i c h c on s i de r e d t he i nf l u e n c e o f i n t e r me d i a t e pr i n c i pa l s t r e s s a nd t he s t r e ng t h d i f f e r e n t i a l o f ma t e r i a l s， a n e w c a l c u l a t i on m e t ho d wa s p r o po s e dThr o ug h c o m p a r i ng t h e c a l c u l a t i o n r e s u l t s wi t h t h e e x pe r i m e nt d a t a f or v a r i o us c a l c u l a t i on me t ho ds ，t he r a t i o n a l i t y of t he pr o po s e d f o r mu l a wa s p r o ve d a nd t he b a s i c c ha r a c t e r i s t i c s o f e a c h me t h od we r e e xp a t i a t e d a s we l 1 The r e s u l t i s o f g r e a t s i g ni f i c a nc e t o p r a c t i c a l e n g i ne e r i ng a pp l i c a t i o n Ke y wo r d s：a x i a l be a r i n g c a p a c i t y；t wi n s h e a r u ni f i e d s t r e ng t h t h e o r y；d umbb e l l s ha p e d c o nc r e t e f i 】 l e d s t e e 】t u bul a r s t ub c o l umn；i ni t i a 1 s t r e s s 引 口 哑 铃 型截 面 钢管 混凝 土 构 件抗 弯 刚 度大 、 构 造 简单 、 造型简洁， 已被广泛地应用于以受压为主的建 筑物 柱 、 桥 梁桥 墩 和拱 肋 中。施 工 中一般 是 先 架 设 钢 管 ， 再灌 注 管 内混 凝 土 ， 在 组 合 结 构 共 同作 用 之 前 ， 钢管 因 自重 和湿 混 凝 土 的质 量 产 生 了初 始 应 力 ( 简 称初应 力 ) 。初应 力 的存 在 占据 了部分钢 管 承载 收稿 E t 期 ： 2 0 1 2 0 5 2 1 基金项 目： 国家 自然科学基金项 目( 5 0 9 0 8 0 1 5 ) ； 陕西省 自然科学基础研究计划项 目( 2 0 1 1 J M7 0 0 2 ) 教育部高等学校博士学科点专项科研基金项 目( 2 0 1 1 0 2 0 5 1 3 0 0 0 1 ) 作者简介 ： 李艳( 1 9 8 7 一 ) ， 女 ， 山东德州人 ， 工学博士研究生 ， Ema i l ： l i y a n l wb d l p 1 2 6 c o rn。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 李 艳 ， 等 ： 考虑初应力的哑铃型钢管混凝土短柱轴压承载力分析 9 1 力 ， 也会 影 响钢管 与混凝 土 的共 同受 力 。因此 ， 研究 初应力对钢管混凝土构件力学性能的影响对合理地 确 定钢 管混凝 土构 件极 限承 载力具 有重要 意义 。 目前 ， 初 应力 对 钢 管混 凝 土构 件 受力 性 能 的影 响和计算方法， 在世界各国规程 中大都没有合理的 反映口 。 国外对 有初 应 力 的 钢管 混 凝 土 构 件 承 载 力 的研 究较 少 ， 关 于 考 虑初 应 力 的 哑铃 型 钢 管 混凝 土柱极 限 承载力 的计算 方法 更是 未见报 道 。中 国对 单 圆管钢 管 混 凝 土 构 件 的 初 应 力 问题 已有 较 多 研 究 ， 对无初 应 力 的哑 铃 型 钢 管 混 凝 土 柱 极 限 承 载力 的计算 方 法也 开 展 了一些 研 究口 ， 而 对 考 虑 初应力的哑铃型钢管混凝土柱极限承载力的研究却 鲜有 报道 ， 其 中 ， 黄 福 云 等_ 2 1 进 行 了初 应 力 对 哑 铃 型 钢管混 凝土 轴压 短 柱 受力 性 能 影 响 的试 验 研 究 ， 并采 用简 单迭 代法 对 其极 限承 载 力进 行 计 算 ； 陈 昀 明等 对考 虑 初 应 力 的 哑铃 型钢 管 混 凝 土 轴 压 长 柱 进行 了试验 研究 和 有 限元 分 析 ， 给 出了其 极 限承 载 力 的实用计 算方 法 。 本 文 中笔 者在 4种无 初应 力 的哑铃 型钢管 混凝 土 柱极 限承载 力计 算 方 法 的基 础 上 ， 引 入考 虑初 应 力 影响 的折减 系数 ， 得 到 了相应 的考 虑 初应 力 影 响 的极 限承载力 计 算公 式 。另外 ， 通过 合 理 地 考虑 中 间主应力 和材 料拉 压 比的影 响 ， 提 出 了一 种 新 的基 于双剪统 一强 度理 论 的计 算方 法 。将 各方 法 的计算 值与试验值进行比较， 分析了各方法的基本特点 ， 可 供 工程应 用参 考 。 1 考虑初应 力的哑铃型钢 管混凝 土短 柱轴压承载力的计算方法 钢管 混凝 土哑 铃型截 面形 式如 图 1 所 示 ， 其 中 ， D 为 哑铃型 钢管混 凝土 构件 外径 ， n为腹 板 的 间距 ， d为 核 心 混 凝 土 直 径 ， t 为 钢 管 和 腹 板 的厚度 ， h为腹 板 高 度 ， h 为 哑铃 型截 面 两 肢 钢 管 圆 心 间 的 距 离 ， H 为 哑 铃 型 截面的总高度 。 板 腔 考 虑 初 应 力 影 图 1 钢管混凝土哑铃型截面形式 响 的 哑 铃 型 钢 管 混F i g S e c t i o n o f S i n g l e T u b e a n d 凝 土 轴 压 短 柱 极 限 D m b b e 。 s h P 。 d T u b 承 载力为 N 一 K N o ( 1 ) 式 中 ： N 为考 虑初应 力 的哑铃 型钢管 混凝 土轴压 短 柱极 限承 载 力 ； N 。 为 不 考 虑 初 应 力 的哑 铃 型 钢 管 混凝土轴压短柱极限承载力 ， 按下述 4 种方法计算 ； K。 为初 应力度 影 响系数 。 为方便 比较 ， 4种计算方法 中， K 取值保持一 致 ， 即 K 一 一 0 0 1 5 8 a 一0 0 8 4 7 b + 1 0( 2 ) 式中： 卢 为初应力度， 卢 一孚， 。 为初应力， S 为钢管 J 8 屈 服强 度 ； n ， b 均 为 与 长 细 比有 关 的 系 数 ； m， 均 为与偏心率有关 的系数( 详见文献 2 3 ) 。 无初 应力 的 哑铃 型钢 管混凝 土轴 压短 柱极 限承 载力 的计算方法如下 。 1 1 方法 1 ： 面积折 算法 面积折算法 。 即根据钢与混凝土 的弹性模量 之 比将 钢折算 成 混凝 土 面 积 ， 完 全不 考 虑 钢 管对 管 内混凝土的套箍作用。 假设 n 一E E ( 3 ) 则 有 A 一 A ( 4) 哑铃型 钢管混 凝土 柱 的极 限承 载力 为 N 。 一S ( A 4 - A。 ) ( 5 ) 式 中 ： A 为钢 材 折 算 为 混 凝 土 后 的面 积 ； ， z 为 钢 材 与混凝 土 的弹 性 模 量 之 比； f c 为 圆柱 体 抗 压 强 度 ； E 为钢 材 的弹性模 量 ； E 为混 凝 土 的弹 性模 量 ； A 为钢管 的面 积 ； A 为钢 管 内混凝 土 的面积 。 1 2方 法 2 ： 简单迭 代 法 简 单 迭代 法 是 考虑 两 肢钢 管 混凝 土 、 钢 腹板 和 腹 腔 内混凝 土各 自承 载 能力 的简 单 迭加 ， 不考 虑 腹 腔 内混 凝土受 紧箍 力 作 用 而 提高 的承 载力 ， 其 计 算 公 式为 N 。 一 2 N + N 4 - N ( 6 ) 式 中 ： N 为单肢 圆钢管混 凝土轴 压短 柱 的极 限承载 力 ； N 为 腹 板 的承 载 力 ； N 。 为 腹 腔 内混 凝 土 的 承 载 力 。 N 的计算方法很多 ， 且计算结果相差较小， 此 处采用文献 2 5 中的计算方法 ， 即 N 一2 ( 1 +a ) S A ( 7 ) 式 中： 0为 钢 管 混 凝 土 的 套 箍 系 数 ， 一 f A ( _厂 A ) ； a 为与混凝土强度等级有关的系数， 按文献 2 5 查表可得 。 1 3方法 3 ： 修 正 的格构 式算 法 格构式算法 是将哑铃型截面视为桁式截面， 不考虑单肢钢管混凝土承受 的弯矩， 将单肢钢管混 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 2 建 筑科 学与工 程 学报 2 0 1 2丘 凝土视为轴心受压构件进行承载力计算。文献 2 3 在其基 础上 ， 提 出 了考 虑单 肢 钢管 也 承 受 弯矩 作 用 的修正 的格 构式算 法 ， 其 表达式 为 N 一 一 M 一 一 N2 h L 。 J N = = = N + M ： 专 + N ( 8) 式 中： N ， N 均 为单肢 钢管 混凝 土 的 轴力 ； N， M 分 别为哑铃型截面钢管混凝土 的轴力和弯矩； 为截 面的偏心 距 ， a 均为 两肢钢 管混凝 土 的刚度 系数 ( 详见文献 2 7 ) 。 1 4 方 法 4 ： 等 效单 圆管 法 等效 单 圆管 法 是 将 哑 铃 型 截 面 通 过 面 积 等 效的原则等效为单圆管截面 ， 等效时忽略腹腔 内混 凝 土对构 件极 限承 载 力 的贡 献 ， 然 后按 照钢 管 混凝 土结构设 计规 程进行 承载 力计算 ， 即 A = 2 A +A 1 A。 一 2 f 式 中： A A 分别 为 哑铃型截 面单 肢钢 管 和混 凝 土 的截面 积 ； A 。 为腹板 的截 面积 ， A。 一2 h t 。 本 文 中按 照 钢管混 凝土结 构设 计与施 工规 程 ( C E C S 2 8 ： 9 0 ) 进 行承 载力 的计算 ， 则 N 一 厂 c A ( 1 + + ) ( 1 0 ) 2 基于双剪统一强度理论 的极 限承载 力计算方法 2 1 双 剪统一 强度理 论 双 剪统一 强 度 理 论_ 2 最 常 使 用 的 主 应 力 表 达 式 为 F 一 南 ( ) z ) F二 ( 一 z ( 1 2 ) 一 D r 6一 生 一 一 f D 1 B一 ( 1 3) 式 中 ： F 为主应 力 强度理 论 函数 ， z ， 。 分 别 为第 一 、第二 和第 三主 应 力 ； a为材 料 的 拉压 比 ； ， d ， 瓦 分别 为材 料 的拉伸 屈 服 应力 、 压缩 屈 服 应 力 和剪 切 屈 服应 力 ； 6为 反 映 中 间 主切 应 力 以及 相 应 面 上 的 正应 力对 材料 破坏 影 响 程度 的系 数 ， 也 是选 用不 同 强 度理论 的参 数 ； B为 切应力 系数 。 2 2考虑初 应 力的 哑铃 型 钢 管混 凝 土 短柱 轴 压 极 限承载 力 2 2 1 单 圆管钢 管混 凝土短 柱轴 压极 限承 载力 设钢管混凝土柱外径为 D ， 钢管厚度为 t ， 对 核心混凝土提供的侧向约束力为 ， 钢管所受的环 向拉应力为 。 ， 轴向压应力为 ， 初应力为 。钢管 与核 心混 凝土 的受力 如 图 2所示 。 ( a ) 钢 管受 力 ( b ) 核 心 混凝 土 受力 图 2 钢 臂 与 核 心 混 凝 土 受 力 Fi g 2 Fo r c e s o f St e e l Tub e a n d Cor e Co nc r e t e 对 于钢管 ， 由图 2 ( a ) 可得 O r d 一2 t 。且 p 。 一 d 口 ( 2 t ) ( 1 4 ) 若规定 。 ， 则 0 1 一 2 一 一 ( 1 5) 3 一 + 0 j 由式 ( 1 1 ) ， ( 1 4 ) 和式 ( 1 5 ) 整 理可得 一 - f s - ( 砉 + h。 ) 对于核心混凝 土， 其受力状态 为 0 ，取压 为正 ， 拉为 负 ， 由统一 强度理 论推得 d 3 一f +忌 口 1 ( 1 7 ) 式 中 ： 系数 点 一 ， 为混 凝 土的 内摩擦 角 ， 是 在 1 7之 间取值 ， 具 体 由试验 确定 。 假 定钢管 与混 凝土 径 向变 形协 调 ， 则 口 1 = 2 一 ( 1 8) 因此式 ( 1 7 ) 可 变为 3 一f c +志 ( 1 9 ) 由 一d 口 ( 2 t ) f 可得 2 t f d ( 2 0 ) 考 虑初应 力 的钢管 混凝土 短柱 轴压 承载 力 由钢 管和 核心混凝 土 的承载 力共 同组成 ， 即 ， 一 N + N ： A + A ( 21) 将式( 1 6 ) ， ( 1 9 ) ， ( 2 0 ) 代人式 ( 2 1 ) ， 整理得考虑 一 砝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 李 艳， 等： 考虑初应力的哑铃型钢管混凝土短柱轴压承载力分析 9 3 初应 力 的钢 管混 凝土 短柱轴 压极 限承 载力 N 为 N 一竿厂 + ( k 十, 2 b t ) 兀 厂 s - o 1T 一 A _厂 。 +( k十 , 2 b r t J9 ) A ( 2 2 ) 设截面的含钢率 一 A s ，套箍 系数 一 ， 则式 ( 2 2 ) 可简化 为 N -厂 1 + ( + 芋一 ( 2 3 ) 2 2 2 哑铃 型钢 管混凝 土短 柱轴 压极 限承 载力 基 于统一 强度理 论 ， 在等效 单 圆管法 的基础 上 ， 考 虑腹板 对腹 腔 内混 凝土 的约 束作 用和腹 腔 内混凝 土 对构 件极 限承 载力 的贡献 ， 并 考虑 中间 主应 力 及 材 料拉 压 比的影 响 ， 对 哑铃 型 钢 管混 凝 土 短 柱轴 压 极限承载力进行计算， 称该方法为方法 5 。 ( 1 ) 表达 式 1 由式 ( 9 ) ， ( 2 3 ) 整 理 得 ， 考 虑 初 应力 的 哑铃 型钢 管混凝 土短 柱轴 压极 限承载 力为 ( 2 ) 表达 式 2 当 一0时 ， 式 ( 2 4 ) 退化为不考虑初应力 的哑铃 型钢管 混凝 土短柱 轴压 极 限承载力 N 。 一( 2 A l +A 2 ) 厂 1 +( k+2 b t - 一 ( 2 5 ) 当 k 一4 ， 6 0时 ， 式 ( 2 5 ) 可简化 为 N 一2 A f ( 1 +2 ) +A。 z 厂 +A。 z f 2 一 2 N + Nf +Nf ( 2 6 ) 式( 2 6 ) 与文献 1 7 中的计算公式一致 ， 验证 了 公 式 的正确性 ， 且式 ( 2 6 ) 考 虑 了腹 板 对 腹 腔 内混 凝 土 的约 束作用 。 为与上述 各种 计 算 方法 保 持 一 致 ， 在式 ( 2 5 ) 的 基 础 上引入初 应 力度影 响 系数 K ， 可得考 虑初 应力 影响的哑铃型钢管混凝土短柱轴压极限承载力的另 一 个 表达式 N 一K ( 2 A 1 +A ) f 1 k ， 2 ， b ， t ) ( 2 7 ) 3 计算结果对 比分析 对 于系数 忌 ， 通 常取 一3 6 。 。 和 愚 = ： = 4 “ ， 为 方 便 比较 ， 本 文 中取 是 一4 。分 别采 用 上述 5种计 算 方 法 ， 根据文献- 2 1 中提供的试验数据进行计算 ， 将计 算值与试验值进行 比较 ， 见表 1 。 表 1 当 k =4 。 6 =0时文献 1 7 的试 件极 限承载力计算值 与试验值 的比较 Ta b 1 Co m pa r i s o ns o f Ul t i m a t e Be a r i n g Ca pa c i t i e s Be t we e n Ca l c ul a t i o n Re s u l t s a nd Ex p e r i m e n t Re s u l t s f o r S p e c i m e n s i n R e f e r e n c e 1 7 w h e n k -4 ， b =0 方法 1 方法 2 方法 3 方法 4 方法 5 试件编号 N k N Nc u 1 N c u 2 Nc u 3 Nc u 4 N 5 N c u 5 N l k N N 2 k N Nc I l3 k N N 4 k N N 5 k N N 5 kN N N N N N N 。 D 1 2 3 3 9 7 8 8 0 3 4 2 2 5 3 0 9 6 2 O 96 0 9 O 1 9 3 5 0 8 3 2 3 6 3 1 01 2 36 3 1 O 1 DS P 一 1 2 3 3 5 7 8 6 0 3 4 2 2 4 6 0 9 6 2 O9 O O 8 9 1 9 2 9 0 8 3 2 1 1 9 0 9 1 2 35 6 1 0 1 DS P 一 2 2 3 7 O 7 8 4 0 3 3 2 2 4 2 O 9 5 2 0 86 0 8 8 1 9 2 5 0 81 1 9 5 3 0 8 2 2 3 5 l 0 9 9 均值 0 3 4 0 9 6 O 8 9 0 8 2 O 9 1 1 0 0 方差 1 O 2 3 7 1 O 3 1 O 注 ： 表中 N 为试验值 ； N ， N 2 ， N 3 。 N 分别为采用方法 1 ， 2 ， 3 ， 4所得计算值 ； N。 s ， N一分别 为采用方法 5的式 ( 2 4 ) ， ( 2 7 ) 所得计算值。 由表 1 可 以看 出 ， 在 与试验 条件 相 同的情况 下 ， 好 ， 表 明腹板 对腹 腔 内的混凝 土约 束效应 较弱 ， 可忽 即对 初应 力范 围为 O 0 4 2的 哑铃 型 钢 管混 凝 略不计 ， 但该 方 法 影 响 因素 单 一 ， 只 与 套 箍 系 数 有 土 轴压短 柱 ， 上 述各 种 计 算极 限 承载 力 的 方法 均 偏 关 ， 没 有考虑 其他 因素 的影 响 ； 方法 3计算 值 与试验 于安全 ， 且方法 2和方法 5 计算值与试验值吻合最 值虽然吻合较好 ， 但计算过程和表达式均较复杂， 不 好 ， 方法 3和方法 4次之 ， 方法 1 吻合最差 。 便在工程实 际 中应用 ； 方 法 4计算值 为试验 值 的 由表 1还可以看出， 方法 1计算值 只有试验值 8 2 左右， 也稍偏于保守 ， 这是 因为在进行截面等效 的 3 4 左右， 这是因为该方法仅是将钢折算成混凝 时， 忽略了腹腔内混凝土对构件极限承载力的贡献 ； 土的面积 ， 认为构件受压边缘的应力达到混凝 土的 本文提 出的方法 5中的计算值与试验值吻合 良好 ， 容 许压应 力 时即发 生 破 坏 ， 没 有 充分 考 虑 钢 管混 凝 尤 其方 法 5中式 ( 2 7 ) 的计 算 精度 最 高 ， 验 证 了本 文 土的特性 ， 过于保守； 方法 2计算值与试验值吻合 良 所推导公式的正确性 ， 且该方法较全面地考虑了初 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 4 建 筑科 学与工程 学报 2 0 1 2血 应力 度 、 套 箍 系数 、 截 面 含 钢率 、 系 数 b和 k等参 数 的影 响 ， 表达 式较 简洁 ， 便 于 工程 实用 。 此 外 ， 由方法 4和 方法 5对 比可见 ， 方法 5的计 算值与试验值吻合更好 ， 这表明腹 腔内 昆凝土对哑 铃型 钢管混 凝土 构件 极 限承 载力 具 有 一定 的影 响 ， 同时 也说 明 了当 0 0 4 2时 ， 双剪 统一强 度 理论 对哑铃型钢管混凝土轴压短柱具有 良好的适用性。 方 法 5中式 ( 2 4 ) ， ( 2 7 ) 的计算 值 与 试 验值 的 比 较 如 图 3所 示 。采 用 式 ( 2 7 ) 计 算 的 极 限承 载 力 N 随初应 力度 、 系数 b和 k的变化规 律如 图 4所 示 。 口 图 3式 ( 2 4 ) ， ( 2 7 ) 的计算值与试验值的 比较 Fi g 3 Co mpa r i s o n s o f Cal c u l a t i o n Re s ul t s of F o r mu l a s( 2 4) ， ( 2 7 )a n d E x p e r i me n t Re s u l t s 2 f 口 试验值 l k =- 4 0 b = O 1 k =4 0 ，b =l k =- 3 6 6 =1 。 图 4 N 与 ， b和 的关系曲线 Fi g 4 Re l a t i o n s Amo ng N ， 。 b a nd k 由 图 3可 以看 出 ， 式 ( 2 7 ) 的计 算 值 更 加 精 确 。 这 是 因为 ， 式 ( 2 7 ) 中 的初 应 力 系 数 K 是 通 过 试 验 曲线回归而得， 与实际情况更加符合； 而式( 2 4 ) 假定 各截面初应力大小相等， 且沿截面均匀分布 ， 过高地 估计 了初应 力对 构 件极 限 承载 力 的影 响 ， 故 当初 应 力较大时 ， 计算结果稍偏保守。 由图 4可 以看 出 ， 考 虑 初应 力 的 哑铃 型钢 管 混 凝 土短柱 轴压 极 限承载 力 N 随 初应 力 度 p的增 大 而 降低 ， 随系数 b和 k的增 大而增 大 。 4 结语 ( 1 ) 本文中通过合理地考虑 中间主应力和材料 拉 压 比的影 响 ， 对 考 虑初 应 力 的哑铃 型 钢 管 混凝 土 短柱轴 压极 限承 载 力 ， 提 出 了一 种 新 的基 于 双 剪统 一 强度理论的计算方法 ， 其计算值 与试验值吻合 良 好 ， 验证了公式的合理性 ， 也说明了双剪统一强度理 论 对初应 力范 围为 0 4 0 4 2的 哑铃 型 钢 管混 凝 土轴压短柱具有 良好的适用性 。 ( 2 ) 研 究 结 果 表 明 ， 对 初 应 力 范 围 为 0 口 0 4 2 的哑铃 型钢管 混 凝 土 短柱 的轴 压 极 限 承载 力 ， 本文中的各种计算方法均偏于安全。方法 1由于没 有 考虑钢 管对 核心 混 凝 土 的约 束 作 用 ， 计 算值 与 试 验值吻合最差 ； 方法 2由于考 虑了钢管混凝 土的特 性 ， 计算值与试验值吻合 良好 ， 但影响因素单一 ； 方 法 3计算值与试验值吻合较好 ， 但计算过程及表达 式 较复杂 ， 不便 于 工程应用 ； 方 法 4由于忽 略 了腹 腔 内混凝 土 的承载 能力 ， 计 算 值 与试 验 值 之 间存 在 一 定 的误差 ； 方 法 5由于较 全 面地 考虑 了初应 力度 、 套 箍 系数 和 中间主应 力 等 多种 因素 的 影 响 ， 计算 值 与 试验值吻合较好， 尤其式( 2 ) 中的计算值与试验值吻 合最好 。 ( 3 ) 考 虑初应 力 的 哑铃 型 钢 管混 凝 土 短 柱 的轴 压极 限承 载力 N 随 初应 力 度 的增 大 而 降 低 ， 随 系数 b 和 是的增 大而 增大 。 参考 文献 ： Re f e r e n c e s ： 1 韩林海 ， 尧国皇 钢管初应力 对钢管 混凝 土压弯构 件 承载力 的影 响研究 E J 土木工 程学报 ， 2 0 0 3 ， 3 6 ( 4 ) ： 9 1 8 H AN Li n - h a i ，YAO Gu o h ua n g Ef f e c t of I ni t i a l St r e s s on Be a r i n g Ca p a c i t y o f Con c r e t e f i l l e d St e e l T u b u l a r B e a m c o l u mn s E J C h i n a C i v i l E n g i n e e r i n g J o u r n a l ， 2 0 0 3， 3 6 ( 4 ) ： 9 - 1 8 2 AS C C S C o n c r e t e F i l l e d S t e e l Tu b e s a C o mp a r i s o n o f I n t e r n a t i o n a l C o d e s a n d P r a c t i c e s R I n n s b r u c k ： ASCCS， 1 9 97 3 J OHANS S ON M ， G YI I T OF T K Me c h a n i c a l B e h a v i or of Ci r c ul a r St e e l - c o nc r e t e Co mpo s i t e S t ub Col u mn s J J o u r n a l o f E n g i n e e r i n g Me c h a n i c s ， 2 0 0 2 ， 1 2 8 ( 8 ) ： 1 0 7 3 - 1 0 8 1 4 周水 兴 ， 张敏 ， 王小松 钢管初应力对钢管砼拱桥 承 载力影 响非 线 性 分 析 E J 计 算 力学 学报 ， 2 0 1 0 ， 2 7 ( 2)： 2 91 2 97， 3 0 2 ZHOU Shu i x i ng， ZHANG M i n， W ANG Xi a o s on g No nl i ne a r Ana l ys i s of St e e l Tu be I n i t i a l St r e s s Ef f e c t i n St e e l Tub e o n Be a r i n g Ca pa c i t y f o r CFST Ar c h B r i d g e s J C h i n e s e J o u r n a l o f C o mp u t a t i o n a l Me c h a ni c s， 2O 1 0， 27( 2 )： 29 1 - 29 7， 3 02 r 5 XI ONG De x i n， ZHA Xi a o x i o n g A Nu me r i c a l I n v e s 2 2 2 2 2 2 Z 乏 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 3期 李艳 ， 等 ： 考虑初应力的哑铃 型钢管混凝土短柱轴压承载力分析 9 5 6 7 8 9 1 O 1 1 1 2 t i ga t i on o n t h e Be h av i or of Con c r e t e - f i l l e d St e e l Tubu 一 1 a r C o l u run s Un d e r I n i t i a l S t r e s s l J J o u r n a l o f C o n s t r u c t i on St e e l Re s e a r c h， 20 07， 6 3( 5)： 59 9 6 11 XI ONG De x i n ZHA Xi a o x i on gNon - l i ne ar An a l y s i s of t h e I ni t i a l St r e s s Ef f e c t on t h e Be h a vi or of Con c r e t e f i l l e d S q u a r e S t e e l Tu b u l a r Me mb e r s C 3 S HEN Z Y， L I G Q， CHAN S L Pr o c e e d i n g s o f t h e F o u r t h I n t e r n a t i 0 n a l Co n f e r e n c e o n Ad v a n c e s i n S t e e l St r u c t ur e s Sha n gh ai ： El s e vi e r Sc i e nc e Lt d， 2 0 05： 59 9 61 l_ 周水兴 ， 刘琪 ， 陈湛荣 钢管初应力对哑铃型钢 管砼 拱桥 承载 力 影 响 分析 l, J - i 工 程 力 学 ， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 7 ) ： 15 9 1 6 5， 17 8 ZHOU S h u i x i n g， LI U Qi ， CHEN Z h a n - r o n g Ef f e c t o f I ni t i a l St r e s s o n Be a r i ng Ca p a c i t y of Du mbb e l l Con c r e t e f i l l e d S t e e l T u b e A r c h B r i d g e E J E n g i n e e r i n g M e c ha n i c s ， 2 0 08， 2 5( 7)： 1 5 9 1