钢管混凝土轴压长柱试验分析

( 0 986+ 0 152 + 2) 2 - 4 2]
( > 0 215)
其中: =
fy Es
,
=
lr0, r 为方钢管混凝土受压
构件的回转半径( 见文献[ 2] ) 。
采用以上 2 种方法, 对本次试验构件中方钢管
混凝土构件分别计算柱的轴压稳定系数如表 2。
表2
构件编号
按文献[ 1] 计算
按文献[ 2] 试验值 试验值 与文 试验值 与
d/ ( + 35) 2 ( > p)
其中: p 和 0 为钢管混凝土轴压构件发生弹性和 弹塑性失稳的界限长细比; 为柱长细比
= 2 3L / B 具体参数见文献[ 1] 。
2 文献[ 2] 中推荐的方法
稳定系数:
1 - 0 41 2
=
1 2
2
[
(0
986 +
0 152
+
( 2) -
# 0 215)
∀ 1∀
SPST
特种结构
个位移计。
构件编号 HSR12 1 HSR12 3 HSR22 1 HSR22 2 HSR32 1
表1
截面( mm)
200 ! 200 200 ! 300 200 ! 200 200 ! 200 200 ! 300
壁厚( mm) 4
构件长度 ( mm) 600 600 2000 4000 3000
关键词 矩形 钢管混凝土柱 稳定系数 轴心 ABSTRACT Experiment is carried out on three kinds of steel hollow square columns f illed with plain concrete and two kinds of steel hollow rectangler columns f illed with plain concrete in length under ax ial load . Through calculating the stability coeff icient of columns in two diff erent ways , this paper conducts that the experiment is coincide with the f ormula on steel hollow square columns f illed with plain concrete, which can t be used to calculate the stability coeff icient on the steel hollow rectangler columns f illed with plain concrete and need to be revised . KEYWORDS Rectangle Steel hollow columns f illed with plain concrete Stability coeff icient Axial
对于矩形钢管混凝土构件, 结合文献[ 6] 、[ 7]
的试验结果, 采用文献[ 2] 计算柱轴压稳定系数,
比较如表 3。
表3
构件编号
文献[ 6] 截面 120! 80 ! 5 L= 3210
文献[ 7] 截面 150! 100! 5 L= 3210
HSR32 1
按文献[ 2] 试验值 试验值 与文
计算
在集中荷载作用下, 钢管混凝土柱的承载力 主要取决于柱子的有效计算长度, 构件截面的尺 寸, 以及钢和混凝土的力学性能等。综合以上参 数, 钢管混凝土柱可以按照构件截面的长宽比和 柱子的长细比, 即柱子的受压稳定系数分为: 短 柱 、中柱 和 长柱 。
钢管混凝土短柱的破坏特征表现为强度的破 坏, 即外包钢管的压屈和内部混凝土的压碎。钢 管混凝土中柱的破坏是非弹性的[ 6] , 其破坏特征 表现为钢的部分屈服, 混凝土在压力作用下被压 碎和由于柱子的横向变形而引起的二次弯矩不断
图 2 为试验装置图。构件端部安装一球铰模 拟构件铰接, 试验采用柱端分级加载, 每次加载量 为柱子极限荷载的 10% , 每级荷载维持 2min。至 构件发生破坏或明显弯曲时, 加载量为极限荷载 的 2% , 并维持 5min。
2002 年第 2 期
图 3 荷载应变曲线
图 4 荷载位移曲线
图 1 应变片和位移
SPECIAL STRUCTURES No 2 2002
性失稳时的稳定系数, 但不能用于计算矩形柱; 另 一种是文献[ 2] 推荐的方法, 该方法借鉴了钢柱发 生失稳破坏时的稳定系数计算方法, 不考虑钢管 混凝土的 套箍作用 , 计算中不受构件截面形状 的影响。
本文分别对 2 种截面的短柱, 中柱和长柱进 行了试验, 构件截面分别为 200 ! 200, 200 ! 300, 钢管壁厚均为 4mm, 柱子长度为 600mm, 2000mm, 3000mm, 4000mm。钢管材质为 Q235, 采用 4 块钢 板贴角焊接而成; 混凝土配合比为水泥: 中砂: 石 子= 1 1 5 3 1, 水灰比= 1 0 4。
∀ 2∀
图5
图6 SPECIAL STRUCTURES No 2 2002
No 2 2002
蒋涛等 钢管混凝土轴压长柱试验分析
SPST
三、柱轴压稳定系数计算
对于方钢管混凝土柱轴压稳定系数的计算方
法, 目前国内主要分 2 种。 1 文献[ 1] 中推荐的方法
10
( # 0)
柱稳定系数: = a 2+ b + c ( 0< # p)
Concret e Filled Tubes. ∃ : Formulation, Journal of Structural Engi neering, June 1997 [ 5] Jerome F. Hajjar, Brett C. Gourley. A Cyclic Nonlinear Model For Concret e Filled Tubes. % : V erificat ion, Journal of Structural Engi neering, June 1997 [ 6] H. Shakir Khalil , J. Zeghiche. Experimental behavior of concrete f illed rolled rectangular hollow section columns. The Structural Engi neer, Vol. 67/ No. 19/ 3 October 1989 [ 7] H. Shakir Khalil, M . Mouli. Further tests on concrete f illed rectangu lar hollow section columns. The Structural Engineer, Vol . 68/ No. 20/ 16 October 1990
一步研究。
参考文献 [ 1] 韩林海 钢管混凝土结构 科学出版社, 2000 6 [ 2] 方钢管混凝土结构设计与施工规定 同济大学, 1991 1 [ 3] 中国工程建设标准化协会 标准( CECS28: 90 ) 钢管混 凝土结
构设计与施工规程 北京, 中国计划出版社, 1992 [ 4] Jerome F. Hajjar, Brett C. Gourley. A Cyclic Nonlinear Model For
增大, 导致截面上 出现拉力作用, 混凝土 发生开 裂。长柱在轴力作用下是弹性的, 可以在弹性范 围内对其进行分析。在这种情况下, 长柱受压屈 曲符合欧拉准则, 且可以忽略初始缺陷的影响。
目前, 国内对方形钢管混凝土柱轴压稳定系 数的计算方法主要有 2 种: 一种是文献[ 1] 在大量 试验基础上, 综合考虑了钢管混凝土构件中钢管 对核心混凝土的 套箍作用 的基础上, 所得出的 公式。该方法可以计算柱子发生弹性失稳和弹塑
员 ( 本刊摘编)
SPECIAL STRUCTURES No 2 2002
∀ 3∀
图 2 试验装置
二、试验结果分析 如 图 3 所 示 为 构 件 HSR12 1, HSR22 1, HSR22 2 的 荷 载 ∀ 应 变 曲 线。 柱 HSR22 1, HSR22 2应变取跨中截面上的平均应变。图 4 为 构件 HSR22 2 跨中的荷载 ∀ 位移曲线。 构件 HSR12 1 和 HSR12 3 为短柱, 破 坏型式 为构件端部钢管壁发生外鼓, 内部混凝土压碎, 如 图 5。构件 HSR22 1 和 HSR32 1 为中柱, 在加 载 过程中构件未发生明显弯曲, 但构件跨中范围内 多处钢管壁外 鼓屈服, 如图 6。构件 HSR22 2 则 为弹性失稳破坏。
第 19 卷 第 2 期 2002 年 6 月
特种结构
Vol 19 No 2 June 2002
钢管混凝土轴压长柱试验分析
蒋 涛 沈之容
( 同济大学 上海 200092)
( Tongji University, Shanghai 200092)
摘要 本文通过对 3 种长度的方形钢管混凝土柱和 2 种长度的矩形钢管混凝土柱的试验 分析, 比较了 2 种计算柱子轴压稳定系数的方法, 得出了现行公式能很好地计算方形钢管混凝 土柱的轴压稳定系数, 但对于矩形钢管混凝土柱的轴压稳定系数计算, 还必须进一步修正。
北京第十水厂( A
& 北京第十水厂 项目草 签仪式 于 2002 年 4 月 28 日举行
& 北京目前最大的 BOT 项 目, 北京市 基础 设施 领 域中全额利用外资的项目
& 英国安格利安水务集团和日本三菱 株式会社 组 成的安菱联合体中标
厂) 进行草签 & 第十水厂( A 厂) 日供水 50 万 m3, 以密云水库为 水源。主 要建设内容有: 取 水头、取 水站、输入 管道、净水厂和相应的配套设施 & 刘淇市长会 见了出席草签仪式的安 菱联合体成
一、试验概述 本次试验在上海同济大学静力实验室进行, 试验构件参数如表 1。 钢材的实测抗拉强度: f y = 284 86N / mm2, 实 测弹性模量 Es = 206400N / mm2; 混凝土的 立方体 实测抗压强度: f u = 34 25N/ mm2。 图 1 为构件应变片和位移计安装位置图, 在 长柱的相邻 2 个柱面上分别布置 5 对应变花和 5
计算
献[ 1] 相差 文献[ 2] 相差
HSR22 1 0 898
0 966 0 940
4 5%
2 8%
HSR22 2 0 748
0 896 0 786
4 8%
14 0%
由上表可以看出, 试验值与文献在方钢管混凝 土柱在长度较短时, 与文献[ 1] 、[ 2] 的计算很接近, 当 柱长度增加时, 与文献[ 2] 的计算结果误差较大。
献[ 2] 相差
0 703 0 63
11 6%
0 841 0 965
0 832 0 892
14 9% 8 2%
由上表中可见, 采用方形钢管混凝土柱的轴 压稳定系数计算公式计算矩形钢管混凝土柱的稳
定系数, 误差较大。 四、结论
通过本次试验Βιβλιοθήκη Baidu 轴心受压方钢管混凝土柱的 稳定系数计算, 与文献[ 1] 中方法比较接近, 在分 析过程中, 必须考虑钢管混凝土构件中钢管对核 心混凝土的 套箍 作用。但对于矩形钢管混凝土 构件, 其轴压稳定系数不能简单沿用方钢管混凝 土构件的计算方法, 外部钢管对核心混凝土套箍 作用以及核心混凝土对钢管的支撑作用还有待进