内配方钢管的钢管混凝土叠合柱轴压工作性能研究

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ＹＡＯＧｕｏ－ｈｕａｎＣＨＥＮＹｉａｎ，ＧＵＯＭｉｎＺＨＡＯＱｕｎ－ｃｈａｎ－ｇ，ｙｇ，ｇ
（，，）ＳｈｅｎｚｈｅｎＭｕｎｉｃｉａｌＤｅｓｉｎ＆ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．Ｌｔｄ．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ１８０２９，Ｃｈｉｎａ５ｐｇ：ａｏｈＹＡＯＧｕｏｈｕａｎｚｍｅｄｉ．ｃｏｍ．ｃｎ－＠ｓｙｇｇ
第１５卷第２期２０１３年４月
建筑钢结构进展ＰｒｏｒｅｓｓｉｎＳｔｅｅｌＢｕｉｌｄｉｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｇｇ
Ｖｏｌ．１５Ｎｏ．２ｒ．２０１３Ａｐ
内配方钢管的钢管混凝土叠合柱轴压工作性能研究
ＳｔｕｄｏｎＢｅｈａｖｉｏｕｒｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅＦｉｌｌｅｄＳｕａｒｅＳｔｅｅｌＴｕｂｅＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄ－ｙｑＣｏｎｃｒｅｔｅＣｏｌｕｍｎｓＳｕｂｅｃｔｅｄｔｏＡｘｉａｌＣｏｍｒｅｓｓｉｏｎ－ｊｐ
（）材料本构关系模型１钢材采用ＡＢＡＱＵＳ软件中提供等向强化弹塑性模
１２］，型［满足Ｖ钢管中核心混凝土采用ｏｎＭｉｓｅｓ屈服准则，１２］，塑性损伤模型［其单轴应力－应变关系采用文献［提１３］
尧国皇，陈宜言，郭明，赵群昌
（）深圳市市政设计研究院有限公司，广东深圳５１８０２９
摘要：基于合理的钢材和混凝土材料本构关系模型，采用有为研究内配方钢管的钢管混凝土叠合柱轴压工作性能，限元法对钢管混凝土叠合柱轴压荷载－变形关系曲线进行了计算。采用数值分析方法，对叠合柱轴压工作性能进行较为细致分析，包括轴压破坏模态、轴压荷载－变形全过程关系、应力发展规律以及钢管和混凝土之间的相互作用。研究方法和结论可为相关研究参考。关键词：钢管混凝土叠合柱；有限元法；轴压；承载力（）中图分类号：ＴＵ３１８，ＴＵ３９８文献标识码：Ａ文章编号：１６７１－９３７９２０１３０２－００２６－０５
）］，中相关参数详见文献［钢管外部钢筋混凝４１３式（］土中混凝土本构关系采用文献［提出的混凝土本构关１４）系模型，按式（计算：２
ＡＸ＋ＢＸ１＋ＣＸ＋ＤＸ２）］。中有关参数详见文献［２１４式（（）有限元模型的建立２Ｙ＝
（）象为同期施工情况下图１所示的内配方钢管混凝土的ｃ）。方形截面叠合柱（以下简称 “ 叠合柱 ” 叠合柱具有承载力高、刚度大、良好的抗火性能和变形能力等诸多优点
［］１４－
，在实际工程中得到较为广泛的应
（用。２钢管混凝土叠合柱结构技术规程》００５年《ＣＥＣＳ
１２，实体单元（模拟，其弹性模量取为１×１Ｃ３Ｄ８Ｒ）０ＭＰａ［５］。泊松比取为０．０００１１
表达式如下：出的核心混凝土模型，
ｘ－ｘ烄２（）ｘ ≤１ｙ＝烅ｘ（）ｘ＞１ η ｘ－１）＋ｘ β（烆
２
）（１
钢管混凝土叠合柱是由截面中部的钢管混凝土和钢］１２－。按照钢管内混凝土管外的钢筋混凝土叠合而成的［和钢管外混凝土是否同期浇筑，叠合柱可分为同期施工
１］。同期施工叠合柱也叫钢叠合柱和不同期施工叠合柱［
［１］）的颁布对在实际工程中进行叠合柱设计起１８８：２００５到良好的指导作用。近年来，我国的研究者对内配圆钢
管的叠合柱的轴压性能进行了相关的试验研究和理论分
］５１１－，］如文献［采用纤维模型进行了压弯构件的数值析［９
管混凝土组合柱（也有学者称之为钢管混凝土核心柱、配。典型的钢劲性钢管混凝土柱）有钢管的钢骨混凝土柱、
第２期
内配方钢管的钢管混凝土叠合柱轴压工作性能研究
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图１典型的钢管混凝土叠合柱的截面形式Ｆｉ．１ＣＦＳＴｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓｅｃｔｉｏｎｓｇ
１轴压荷载－变形关系曲线计算
线方向的接触采用硬接触，垂直接触面的界面压力ｐ可以完全地在界面间传递。参考以往界面传力性能的研究
］１２１３－。计算时，成果，采用库仑摩擦模型［在有限元计算模
型加载端设置一刚度很大垫块模拟加荷端板，采用三维
２轴压工作机理分析
以下利用有限元法，对叠合柱轴压的破坏模态、截面应力分布以及应力发展情况等工作机理进行细致的分析。（）轴压破坏模态１图２给出了采用有限元计算的典型构件的破坏模，态从图中可以看出轴压构件破坏时，外包混凝土在构件内钢管由于核心混凝土的存在，中部呈鼓胀的破坏模态；防止了钢管在局部发生褶曲和内凹屈曲，钢管在试件中核心混凝土在试件中部呈鼓部呈向外鼓曲的破坏模态；胀的破坏模态；试件中的纵向钢筋在试件中部都已压屈，而在试件中部的箍筋受拉屈服，其长度沿外周圈变大。
，Ａｂｓｔｒａｃｔ：ａｓｅｄｏｎｒａｔｉｏｎａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｓｔｅｅｌａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｌｏａｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｃｕｒｖｅｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｕａｒｅｓｔｅｅｌＢ－－ｐｑｔｕｂｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓｓｕｂｅｃｔｅｄｔｏａｘｉａｌｃｏｍｒｅｓｓｉｏｎｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉａｔｅｔｈｅｊｐｙｇ，ｏｆｃｏｍｏｓｉｔｅｃｏｌｕｍｎ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｍｅｎｔｉｏｎｅｄａｂｏｖｅｂｅｈａｖｉｏｒａｎａｌｓｉｓｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｕａｒｅｂｅｈห้องสมุดไป่ตู้ａｖｉｏｒ－ｐｙｑ，，ｔｕｂｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｓｓｕｂｅｃｔｅｄｔｏａｘｉａｌｃｏｍｒｅｓｓｉｏｎｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｉｎｃｌｕｄｉｎａｘｉａｌｃｏｍｒｅｓｓｉｏｎｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓｔｅｅｌｊｐｇｐ，ａｘｉａｌｃｏｍｒｅｓｓｉｏｎｌｏａｄｖｓ．ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｓｔｒｅｓｓｄｅｖｅｌｏｍｅｎｔｒｕｌｅａｎｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｃｏｎｃｒｅｔｅａｎｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅ．Ｔｈｅｓｅｐｐｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｒｅｓｕｌｔｓｉｎｔｈｉｓａｅｒｍａｂｅｒｅｆｅｒｒｅｄｆｏｒｃｏｒｒｅｌａｔｉｖｅｒｅｓｅａｒｃｈ．ｐｐｙ：；；；Ｋｅｗｏｒｄｓｏｎｃｒｅｔｅｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｃｏｌｕｍｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｘｉａｌｃｏｍｒｅｓｓｉｏｎｂｅａｒｉｎｃａａｃｉｔｃｐｇｐｙｙ
收稿日期：收到修改稿日期：２０１２－０５－０９；２０１２－０９－２６作者简介：
，：。尧国皇（男，博士，高级工程师，主要从事高层建筑、大跨度结构的设计与研究。Ｅ－ｍ１９８０—）ａｉｌａｏｈ＠ｓｚｍｅｄｉ．ｃｏｍ．ｃｎｙｇ，陈宜言（男，硕士，教授级高工，主要从事钢－混凝土组合桥梁结构设计与研究。１９６０—）
］２４－，管混凝土叠合柱的截面形式如图１所示［本文研究对
］采用非线性有限单元法计算了其轴压柱计算，文献［１１的荷载－应变关系全曲线，并建议了其可供工程设计参考的合理参数范围。对内配方钢管的叠合柱轴压工作性能］的研究尚少见报道，目前作者仅见到文献［对内配方钢２管的叠合柱进行了动力性能的试验研究和理论分析的报道。本文基于合理的材料本构关系模型，对这类叠合柱轴压荷载－变形关系曲线进行了计算，对叠合柱轴压工作相关结论可为后续研究提供参考。机理进行分析，
给出了典型算例极限承载力时对应土外部钢筋网以及钢管的应力分布面边长b600mm内部钢管的壁厚t93mm钢管的外边长d400mm钢管的屈服强度fy345mpa钢管内外的混凝土立方抗压强度为60mpa外部为1620曲线fig3typicalncurve应力发展规律分析图5所示为叠合柱轴压试件在受力过程中钢见在受荷初期钢管和纵向钢筋的应力发展较快箍筋应力较低表明受荷初期箍筋作显随着轴向荷载的不断增加箍筋应力不断增加当试件达到极限荷载时钢管外部混凝土中纵向钢筋和箍筋均已进入屈服阶段