钢管高强混凝土柱轴向受压承载力试验研究_王力尚

STC-1 165.1 ×3.54 ×660 4 1 796 342
0
0
6 12
STC-2 164Hale Waihona Puke Baidu5 ×2.34 ×660 4 1 191 315
0
0
3 75
STC-3 217.34 ×2.96 ×876 4 1 993 373
0
0
7 43
注 :D , t , L 分别为钢管的外径 、壁厚和长度 ;As , Ac 分别为钢管和
值分别为 0.816 和 0.842 , 因此试件的混凝土轴心抗压
强度试验 值
f
t c
取为
53.86M Pa
和
67.36M Pa ,
f ck 按《混
凝 土结 构 设计 规 范》(GB50010 —2002)[ 7] 采 用 。 试件
的混凝土套箍指 标试验值 为 0.28 ～ 1.02 , 符合 我国工
测 150mm 立方 体强 度为 66 , 80M Pa ;柱 的 L/ D 为 4 , 6 ,8 , 10 和 12 , 大部 分试 件的 L/ D 为 4 。试 件的 基本
数据列于表 1 。STCC 为钢管 混凝土柱试件 , S TC 为空
钢管柱试件 。从每种钢管上截取三个标 准试件进行拉
伸试验 , 得到钢材的屈服强度
形用电子位移计量测 , 应变用应变片量测 。
每个试件用 4 个位移 计量 测压缩 变形 , 位移 计之
间间隔 90°。钢管混凝土柱试件 STCC-1 , S TCC-6 和钢
＊基金项目 :教 育部博 士点基 金(2000000345);北 京市自 然科 学基 金(8002012)。
管试件 S TC-1 量测了 12 个点的纵向应变和 12 个点的 环向应变 , 其 余试件 沿钢管纵 向和环 向各量测 4 个点 的应变 , 用 IM P 数据采集系统采集并记录试验数据 。
上加载 板有 一 球铰 。 可以 认 为 , 试 件 上 、下 端 均 为铰
接 , 其等效计算长度 le 可取 为试件的 实际长 度 L 。量 测的内容包括 :施加在试件上的压力 , 试件 中部三倍钢
管外径长度范围的压缩变形 , 试件钢管的 纵向应变 , 试
件钢管的环 向应变 。轴 压力 用力传 感器 量测 , 压 缩变
STCC-8 164.5 ×2.34 ×660 4 1 191 315 20 051 80 STCC-9 164.5 ×2.34 ×990 6 1 191 315 20 051 66
67.36 0.28 0.28 1 984 53.86 0.35 0.36 1 681
ST CC-10 164.5 ×2.34 ×990 6 1 191 315 20 051 80 67.36 0.28 0.28 1 971
Experim ental study on 22 steel tube confined high-strength concrete colum ns w as carried out under the axial compressive load .The test results show ed that the short columns failed due to shear failure of core concrete , the long columns failed due to flexure .Based on the test results of this study and others , a formula for calculating the axial compressive strength of short steel tube confined high-strength concrete colum ns ,as well as the strength reduction factor for long colum ns are proposed .The formula and the factor are suitable for the grade of core concrete not larger than C80 and the steel tube confinement index not larger than 1 .1 . Keywords :steel tube confined high-strength concrete column ;axial compression ;strength reduction factor ;steel tube
压强度试验值和标准值 。
46
试验表明[ 6] , C50 ～ C80 级高强混凝土 轴心抗压强
度实测值与 立方 体 强度 的比 值为 0.8 ～ 0.85 , 且 随强
度增加而 增 加 。试 件的 混 凝土 立 方体 强 度实 测 值为
66M Pa 和 80M Pa ,大体上相当于 C60 和 C75 , 对应的比
f
t y
, 极限强度
f
t su
,试验结
果列于 表 2 , 弹性 模 量 Es 为 2.06 ×105N/mm2 。表 1 中的试件钢管混凝土套箍指标 试验值 θt 和 θk 分别用 下式计算 :
θt
=
f
t y
A
s/
f
t c
A
c
θk = f yk A s/ f ck A c
(1)
式中 f yk取 235MPa ;f ct 和 f ck分别为核心混凝土轴心抗
STCC-2 114.3 ×2.56 ×456 4 STCC-3 114.3 ×2.56 ×456 4
898 329 9 357 66 53.86 0.59 0.59 951 898 329 9 357 80 67.36 0.47 0.45 1 043
STCC-4 114.3 ×3.9×456 4 1 351 364 8 887 66 53.86 1.02 0.93 1 231
图 1 试验装置简图
试件的基本数据及轴向受压承载力试验值 表 1
试件 编号
D ×t × L (mm)
L As
f
t y
Ac
f cu
f
t c
D (mm2)(M Pa) (mm2) (MPa) (M Pa)
θt
θk
N
t 0
(kN )
STCC-1 114.3 ×2.56 ×456 4 898 329 9 357 66 53.86 0.59 0.59 926
程应用范围 。
2.加载设备和量测
图 1 为试验装置 简图 , 用 5 000kN 四柱 刚性 试验
机对试件施加轴向压力 , 大部分试件一次 加载至破坏 。
试件放置在试验 机的 下加载 板上 , 下加载 板下 有一个
球铰 ;试件 的顶 上放 置 一块 钢 板 , 钢板 上 放置 力 传感
器 , 传感器上放置的钢板与试验机的上加 载板相接触 ,
fyt(M Pa) 329
364
315
342
373
325
f stu(MP a) 390.6
458.8
399
431
480
380.9
二 、试验结果 1.破坏过程 L/ D 不大于 6 的试 件 , 荷 载较 小时 , 试 件外 观无
明显变化 ;荷载为试件最大承载力的 0.7 倍左右时 , 可 听到试件发出劈拍声 ;荷载为 试件最 大承载力 的 0.82 ～ 0.9 倍左右时 , 钢管外表面 逐渐出 现剪切滑 移线 ;试 件承载力达到最大值后 , 继续加载 , 试件的 承载能力下 降 , 荷载为试件 最大 承载力 的 0.85 倍 左右 时 , 核 心混 凝土发生剪切 流动 , 钢 管表 面局部 屈曲 、出现鼓 包 ;试 件的承载能力下降到一定值时 , 承载能力 不再下降 , 而 应变不断增 加 , 这时 候试件 已严 重变形 。由 于核 芯混 凝土的作 用 , 钢 管只 有 向外 凸 、没 有向 里 凹的 破 坏现 象 。图 2(a)为试件 S TCC-21 破坏后的照片 , 图 2(b)为 试 件 STCC-6 破坏 后钢 管内 核心 混凝 土的 照片 , 混凝 土呈斜向剪切破坏 , 没有压碎 , 仍为整体 。
凝土柱的轴向受压承载力计算公式 。
一 、试验概况
1.试件参数
试件的主要 参数为 钢管 的直径 和壁 厚 、混凝 土强
度 、柱长 L 与钢管外 径 D 之 比 。钢管 采用 Q235 级直 立缝焊接钢管 , 有 5 种不同直径和 6 种 不同的壁厚 , 直
径与壁 厚之比 D/ t 为 29 ～ 74 ;混凝 土强度 有两种 , 实
ST CC-17 165.1 ×3.54 ×660 4 1 796 342 19 602 66 ST CC-18 165.1 ×3.54 ×660 4 1 796 342 19 602 80
53.86 0.58 0.56 1 814 67.36 0.47 0.43 2 352
ST CC-19 217.34 ×2.96 ×876 4 1 993 373 35 088 66 53.86 0.39 0.35 2 915
第 33 卷 第 7 期
建 筑 结 构
2003 年 7 月
钢管高强混凝土柱轴向受压承载力试验研究 ＊
王力尚 钱稼茹
(清华大学土木工程系 北京 100084)
[ 提要] 22 根钢管高强混凝土柱的轴向受压试验结果表明 , 钢管高强混凝土短柱的轴向受压破坏为剪切破 坏 , 长柱的破坏为弯曲破坏 。根据试验和有关文献的结果 , 提出了混凝土强度等级不大于 C80 、套箍指标不大 于 1.1 的钢管高强混凝土柱的轴向受压承载力计算公式 , 以及长柱轴向受压承载力折减系数计算公式 。 [ 关键词] 钢管高强混凝土柱 轴向受压 承载力折减系数 套箍指标
STCC-5 114.3 ×3.9×456 4 1 351 364 8 887 80 STCC-6 164.5 ×2.34 ×660 4 1 191 315 20 051 66
67.36 0.82 0.71 1 413 53.86 0.35 0.36 1 731
STCC-7 164.5 ×2.34 ×660 4 1 191 315 20 051 66 53.86 0.35 0.36 1 698
核心混凝土的横截面面积 ;f cu
,
f
t c
分别 为实测混 凝土立方 体强度和
混凝土轴心抗压强度试验值 ;θt, θk 分别为混凝土套箍指标试验值和
标准值
;f yt
为钢材屈服强度的实测值
;N
t 0
为轴向受压
承载力的试验
结果 。
钢管钢材力学指标实测值
表2
D ×t(m m)114.3 ×2.56 114.2 ×3.9 164.5 ×2.34 165.1 ×3.54 217.3 ×2.96 219 ×3.8
confinement index
钢管高强 混凝土 柱有 许多优 点 , 已 用于我 国三十
多幢高层建筑 。钢管高强混凝土柱的轴 向受压承载力
是其基本受 力性能 , 国内 外对此 已有一 定的 研究[ 1-4] , 国内有关规程[ 5, 6] 也有计算公式 。下面给出了 22 根钢
管高强混凝土柱和 3 根空钢管柱的轴向 受压全过程试 验研究情况 , 结合已有的研究成果 , 提出 了钢管高强混
ST CC-20 217.34 ×2.96 ×876 4 1 993 373 35 088 80 67.36 0.31 0.27 3 453
ST CC-21 219×3.8 ×876 4 2 568 325 35 082 66 53.86 0.44 0.45 3 073
ST CC-22 219×3.8 ×876 4 2 568 325 35 082 80 67.36 0.35 0.34 3 602
ST CC-11 164.5 ×2.34×1 320 8 1 191 315 20 051 66 ST CC-12 164.5 ×2.34×1 320 8 1 191 315 20 051 80
53.86 0.35 0.36 1 584 67.36 0.28 0.28 1 886
ST CC-13 164.5 ×2.34×1 650 10 1 191 315 20 051 66 53.86 0.35 0.36 1 653
ST CC-14 164.5 ×2.34×1 650 10 1 191 315 20 051 80 67.36 0.28 0.28 1 793
ST CC-15 164.5 ×2.34×1 980 12 1 191 315 20 051 66 53.86 0.35 0.36 1 634
ST CC-16 164.5 ×2.34×1 980 12 1 191 315 20 051 80 67.36 0.28 0.28 1 850