钢管混凝土轴压长柱试验分析
圆钢管轻骨料混凝土轴压柱非线性有限元分析
采用 文献 ［ ］ 出的不 同 强度 等级 轻 骨料 混凝 土 ８提
单轴应力 一应 变关 系全 曲线 统一计算 式 ：
１ ｎ ２ ＋Ｂ ｘ ， ＋（ 一 ） ｎ２’ ’
ｙ＝
，
２ １２ 单 元类 型的选 取与 网格 的划 分 ．． 钢 管采用 ４节 点 减缩 积 分 格 式 的壳 单 元 （ ４ ， Ｓ Ｒ）
ＬＣＦ Ｔ ｔｂ ｃ ｌ ｍ ｎ ｓ ｗｅ ｋ ｎ ｄ． Ｓ ｓｕ ｏｕ ｓｗａ ａ ｅ ｅ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ：ｌｇ ｔ ｉ ｈ ｇ ｒ ｇ ｔ ｏ ｃ ｅｅ ｆｌｅ ｔ ｅ ｕ ｕ ａ ｏｕ ｓ；ｆｎｔ ｌｍｅ ｔｍｅ ｈ ｄ；ｃ ｎ ｔｔ ｔｖ ｄ ｌ ｄｓ ｉ ｈｗｅｇ ｔａ ｇｅ ａ ｅ ｃ ｎ ｒ ｔ ｌｄ ｓｅ ｌｔ ｂ ｌｒ ｃ ｌ ｍｎ ｉ ｉ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ｉ ｅ ｏ ｓｉ ｉｅ ｍｏ ｅ ｕ
ｅ ｅｔ ２ Ｃ ｍ ａｅ ｉ ｏ ｌ ｏ ｃｅ ｌ ｄｃ ｃ ｌｒ ｔｅ ｔｂ ｌ Ｃ Ｓ ｆ ｃ．（ ） ｏ ｐ ｒｄｗｔ ｎｒ ｎｒｔ ｆｌ ｉ ｕａ ｅｌ ｕ ｕａ ｆ ｈ ｍａ ｃ ｅｉ ｅ ｒ ｓ ｒ（ Ｆ Ｔ）ｓ ｂｃｌｍ ｓ ｔｅｃｎ ｎ ｍ ｎ ｅｆ ｔ ｆ ｔ ｏｕ ｎ ， ｈ ｏｆ ｅ ｅ ｔ ｆ ｃ ｏ ｕ ｉ ｅ
土轴压 柱三 维非 线性 有 限元 分析 。
２ 有 限 元计 算 模 型 及 分 析
２ １ 模型 的建 立 ．
对采用 Ａ Ａ Ｕ Ｂ Ｑ Ｓ有限元 模型 中钢材和轻 骨料 混
凝土 的本 构关 系 、 元 选 取 、 单 网格 划 分 、 界 条 件 及 界 边
收 稿 日期 ：０ １— ３～ ４ ２１ ０ ｏ 作 者 简 介 ： 崇 ，９ ７年 出生 ， ， 程 师 ； 发兴 ，９９年 出 生 ， ， 雷 １７ 男 工 丁 １７ 男 副教 授 。
钢管混凝土中长柱轴压力学性能试验研究
钢管混凝土中长柱轴压力学性能试验研究发布时间：2022-07-14T07:19:30.747Z 来源：《城镇建设》2022年5卷第3月第5期作者：纪建军[导读] 本文对一组钢管混凝土(CFST)中长柱的轴压力学性能开展试验研究，得到试件的加载过程、破坏形态纪建军广州大学土木工程学院，广东省广州市 510006摘要：本文对一组钢管混凝土(CFST)中长柱的轴压力学性能开展试验研究，得到试件的加载过程、破坏形态、应变发展过程和轴力-柱中纵向应变曲线。
研究结果表明：钢管混凝土中长柱在轴压荷载作用下发生整体弯曲破坏，试件中部出现明显的受压区和受拉区，且由于钢材和核心混凝土的相互作用，钢材和混凝土的力学性能得到充分发挥。
关键词：钢管混凝土；中长柱；轴压性能；试验研究 Abstract: This paper presented an experimental study of medium-long concrete-filled steel tube (CFST) columns under axial compressive loading. The loading process, failure mode, strain development process and axial force-longitudinal strain curve in the middle height of column were obtained and analyzed. The results show that the CFST column presents global bending failure. A compression zone and a tension zone are observed at the middle of the specimen. Due to the interaction between steel and core concrete, the mechanical properties of steel and concrete are fully utilized. Key words: Concrete-filled steel tube; Medium long column; Axial compressive performance; Experimental study 钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tubular CFST)柱因具有良好的抗震性能、抗火性能和方便施工等特点，已被广泛应用于高层建筑和大跨桥梁结构中。
钢管混凝土轴压中长柱承载力研究
文章编号:1004-9762(2006)003-0284-04钢管混凝土轴压中长柱承载力研究Ξ闻 洋1,李 斌1,李素娟2(11内蒙古科技大学建筑与土木工程学院,内蒙古包头 014010;21包头市城建技校 内蒙古 包头 014010)关键词:钢管混凝土;长细比;承载力中图分类号:T U312 文献标识码:A摘 要:经过对14根钢管混凝土中长柱承载力的试验研究,发现钢管混凝土中长柱的极限承载能力与其长细比无一定的对应关系,亦即在试验的长细比范围内钢管混凝土柱的承载能力对长细比并不敏感,经分析计算给出了一种新的承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,可用于指导工程实际1Research on the bear ing capacity of concr ete f illed steel tubular moderatelong columns w ith axial compressionWEN Y ang1,LI Bi n1,LI Su2j uan2(11A rchitecture and Civil Eng ineerin g S cho ol,Inner M on golia Univers ity of Science and T echnology,Baot ou014010,China;21Baotou Urban Constrnction Sch ool,Baotou014030,China)K ey w or ds:concrete2filled steel tubes;s lenderness ratio;bearing capacityAbstract:E xperimen tal research es on fourteen concrete2filled tubes with five kinds of slenderness ratio were carried ou t.It is found that the bearing capacity o f concrete2filled steel tubular colummns has no corres ponding relation to s lenderness ratio,meaning it is n ot actively res pon2 sive to the s lenderness ratio.T he formula for the calcu lati on of the limit bearing capacity o f concrete2filled s teel tubular lon g columns with ax ial com press ion were presented,and the calculated results tally well with that o f th e ex periments,which may provide f undamental guidance for the related eng ineering practice. 钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下,从而使混凝土的强度得以提高,塑性和韧性性能大为改善1总之,通过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝土,不仅可以弥补两种材料各自的缺点,而且能够充分发挥二者的优点,这也正是钢管混凝土组合结构的优势所在1近年来,钢管混凝土在建筑结构中应用非常广泛,建造了大量的建筑物1国内外学者在钢管混凝土方面进行了大量的研究[1],并各自给出了计算公式,这些公式为工程设计提供了重要依据1但这些公式在理论方面没有得到较好的解释,且计算公式和方法都比较复杂1本文采用了统一材料的理论对钢管混凝土中长柱的承载力公式进行推导,并通过轴心受压试验验证了理论公式的正确性,为钢管混凝土中长柱承载力分析提出了较合理的理论解释1 1 钢管混凝土轴压柱的理论分析随着钢管混凝土构件长细比的增大,必须考虑轴心受压构件的纵向失稳1对在弹性工作阶段失稳的长柱,可直接引用欧拉临界应力公式:σcr=π2E scλ2,(1)E sc=αE s+(1-α)E c,(2)式中,E sc为钢管混凝土构件的综合弹性模量;α为含钢率1但对在弹塑性工作阶段失稳的中长柱,应采用切线模量理论求其临界应力:σcr=π2E sctλ2,(2)式中,为钢管混凝土构件受压综合切线变形模2006年9月第25卷第3期包头钢铁学院学报Journal o f Baotou Univers ity of Iron and Steel T echnol og ySpetember,2006V ol.25,N o.3Ξ收稿日期66作者简介闻 洋(6),男,内蒙古包头人,内蒙古科技大学讲师,硕士1E sct:200-0-11 :197-量;λ为钢管混凝土构件的长细比1根据对文献[2,3]中各种试件的实测应力应变曲线求解,由不同含钢率试验得到应力应变曲线,由数值回归分析可得下列经验公式表达应力应变关系:σsc σb sc =1.62εscεbsc-0.62εsc εb sc 2,(3)切线模量为:E sct=d σsc d εsc =σb sc 1.62εb sc -1.24εsc (εb sc )2,(4)式中,σsc ,εsc 为钢管混凝土构件轴心受压时的平均纵向应力和应变;σb sc ,εbsc 为钢管混凝土构件轴心受压时的计算极限纵向平均应力和应变1极限纵向平均应力σb sc 值可由下列公式求出[4]:σbsc =αaf y +(1-α)(f c k +2αbf y ),(5)其中,a =0.25+12.8tD2,b =0.54-30.25+12.8tD2-0.25+12.8tD1引入边界条件,当σsc =0时,εsc =0,则E sct =E sc ,也就是说,在坐标原点,钢管混凝土构件的切线模量和弹性模量相同1由式(3),(4),(5)经过换算化简后可得到钢管混凝土构件的计算极限纵向应变:εbsc =1.62αaf y +(1-α)f ck +2αbf y(1-α)E c +αE s,(6)在已知构件的几何尺寸及材料特性后,则可以推导出钢管混凝土中长柱的临界应力:σcr =2π2σbscλ2εbsc1+π4λ4(εb sc )2-π2λ2εb sc,(7)中长柱极限承载力的计算公式为:N u =σcr (A c +A s )1(8)公式中将钢管混凝土视为一种新的组合材料,通过深入了解钢管混凝土的本构关系,从而采用综合的变形模量计算钢管混凝土长柱和中长柱的临界承载力,计算过程简单明了,计算中采用数值回归分析推出的临界承载力公式属于半经验半理论公式,可应用于钢管混凝土长柱和中长柱的临界力计算12 试验概况为了了解钢管混凝土轴心受压中长柱的力学性能和承载力,本文进行了5组共计14个钢管混凝土中长柱试件的试验研究(表1)1表1 钢管混凝土试件与试验结果一览表T a b le 1 Concr ete filled steel tubular columns an d the exper iment r esult试件D ×t ×L/mm f y /MPa f ck /MPa 长细比λN 0u /k N N b u /k N N b u /N 0uG Z S J121219×7×9902724115183300327601993G Z S J122219×7×9902724115183350327601978G Z S J123219×7×9902724115183450327601950G Z S J221219×7×12002754011223350320301956G Z S J222219×7×12002754011223270320301980G Z S J223219×7×12002754011223380320301948G Z S J321219×7×14202724113263230312701968G Z S J322219×7×14202724113263420312701914G Z S J323219×7×14202724113263250312701962G Z S J421219×7×16402744212303200305201954G Z S J422219×7×16402744212303250305201939G Z S J423219×7×16402744212303350305201911G Z S J521219×7×20002744016363160292101924G Z S 52××163631 注D ,,L 分别为钢管的外径、壁厚和长度;f y ,f 分别为钢管的屈服强度和混凝土强度抗压标准值;N 为试件实测极限荷载;N 为试件用式(8)计算的极限荷载1582闻 洋等:钢管混凝土轴压中长柱承载力研究J 2219720002744021029210910:t ck 0u bu 试件所用钢材是外直径为219mm,壁厚为7m m 的无缝钢管1试件分为5组:第一组长细比为18,型号(D×t×L)为219mm×7mm×990mm;第二组长细比为22,型号(D×t×L)为219mm×7mm×1200m m;第三组长细比26,型号(D×t×L)为219mm×7mm×1420mm;第四组长细比为30,型号(D×t×L)为219mm×7mm×1640mm;第五组长细比为36,型号(D×t×L)为219mm×7mm×2000m m1试件加工时应注意保证钢管两端的截面平整,以避免试件在受力过程中的受力不均匀1从技术经济及构件的延性性能方面考虑,在钢管混凝土构件中,核心混凝土的强度等级不低于C30[5]1本试验采用C60混凝土1本试验所用的试件,核心混凝土的强度不变,钢管的壁厚不变,只有试件的长细比在变化1试件的养护方法为在室内进行浇水自然养护13 试验结果与分析本次试验获得的荷载应变的关系曲线如图1所示1图1 荷载应变的关系Fig.1 Rela tion betw een lo a di ng and stra i n defor mation 从图1可以看出,在加载的初始阶段纵向应变图线和环向应变图线都呈线性变化,但纵向应变曲线的直线段斜率较小,而环向应变曲线的直线段斜率较大,即当加相同荷载时纵向应变大于环向应变1当荷载大约达到临界荷载的70%时,荷载与纵向应变的曲线逐渐偏离直线,这表明钢管在纵向已达到比例极限强度1但此时荷载与环向应变曲线仍就为直线,这说明钢管此时在环向并没有屈服1当钢管纵向应力达到屈服强度后钢管所承载的轴压力不再增加,但核心混凝土所承载的轴压力将继续增加1荷载继续增加,核心混凝土的承载力尚未充分发挥,试件已经发生弹塑性失稳破坏1由表1可知,钢管混凝土试件用式(8)计算的临界荷载较实测的临界承载力偏小,说明此计算方法较为安全1试验测定的临界荷载并没有随着长细比的增加有明显的减小,说明在此试验的长细比范围682包头钢铁学院学报2006年9月 第25卷第3期内极限荷载对长细比值并不敏感14 结论(1)钢管混凝土视为统一材料的变形模量选择较为合理,基本能真实反映钢管混凝土临界状态下的受力状况1(2)此次试验中钢管混凝土试件的破坏均属于非弹性失稳破坏1(3)试验测定的临界荷载并没有随着长细比的增加有明显的减小,说明本试验长细比范围内极限荷载对长细比值并不敏感1参考文献:[1] 钟善桐1钢管混凝土结构研究新动向[J ]1哈尔滨建筑工程学院学报,1990,(1):352471[2] Hajjar J F ,G ourley B C.A cy clic n on linear m odel for con 2crete 2filled tubes cross 2section s tren gth[J ]1Journal of Stuc 2tural Eng ineering ,ASCE ,1997,122(11):132721336.[3] S ch neider S P.A x ially loaded con crete 2filled s teel tu bes [J ]1Jou r 2nal o f S tructural E ng ineerin g ,A SCE,1998,124(10):1125211381[4] H ajjar J F ,G ou rley B C.A cy clic n on lin ear m od el for con crete 2filledtub es.II ,V eri ficati on[J ]1Jou ran al o f s tru ctu ral E n g in eerin g ,A S CE ,1997,123(6):7452754.[5] CECS28:90,钢管混凝土结构设计与施工规程[S]1知识窗不断优化工艺 提高产品质量(二)———大力发展新一代超细晶粒高强度棒材 二是该生产线采用控制轧制与控制冷却技术1轧制后的快速冷却使轧件能获得超细晶粒的显微组织,提高钢材的综合力学性能1为了控制轧制过程中的轧件温升,该生产线的轧机没有沿用传统连轧机布置形式,而是采取了粗轧6机架、中轧8机架、精轧4机架的形式,减少了精轧的变形道次1大规格钢筋采取部分中轧机架空过,将变形道次后移至精轧机架以后,经过设置在中轧和精轧间的控轧冷却段后进入精轧,保证钢筋的低温变形程度1三是该生产线采用切分轧制技术,减少了轧机机架数,减少了投资,提高了产品产量1直径12mm 、直径14mm 带肋钢筋采用3线切分轧制,直径16mm 、直径18mm 带肋钢筋采用2线切分轧制1该生产线的加热炉选用推钢蓄热式加热炉,其装配有先进的汽化冷却技术,燃料为高炉煤气,可以收到节约能源、降低污染的效果1此外,加热炉还采用计算机集散控制,保证钢坯的加热质量和开轧温度1四是该生产线由粗轧和精轧共18架轧机形成全连轧1粗中轧为平立二辊闭口式轧机呈平立交替布置,精轧的16机架、18机架平立可转短应力线轧机,可适应切分轧制的要求1五是该生产线轧机按低温轧制进行选型,可有效满足低温控轧的要求1轧机采用计算机二级控制,实现微张力和无张力全连续轧制1该控制系统从上料开始即对坯料进行全线自动跟踪,实现炉批号的自动化管理1该生产线在精轧机组前还设置了控轧冷却装置,控制中间轧件温度以实施控制轧制,改善奥氏体组织形态1该控轧冷却装置由2条水冷线和1条辊道安装在同一小车上组成,并配置了中间辊道,可以根据不同的中间坯规格采用不同规格的中间冷却器1六是该生产线精轧机组之后设置了轧后控冷装置1该装置由3条水冷线和1条辊道安装在同一小车上组成,辊道用于将不控冷产品送至冷床1其中,水冷线总长达18m ,钢筋的终极温度采用闭环控制,以冷却不同规格的产品1当生产控轧控冷超细晶粒HR B400级螺纹钢时,成品需要经过轧后快速冷却装置进行冷却1冷却器分三线,根据不同规格和是否切分选用不同规格和数量的冷却线1该生产线生产的HR B400和20MnS i 钢筋的延伸率全部高于1615%,其中9611%的钢筋延伸率大于等于1715%;Q235钢H RB335钢筋的延伸率全部大于等于17%1与常规热轧生产工艺相比,钢筋的延伸性能偏低,主要原因是钢筋的强度提高,但夹杂物仍然粗大1企业要改善高强度超细晶粒钢筋的组织和性能,还需要进一步优化控轧控冷生产工艺1摘录自《中国冶金报》66(8)782闻 洋等:钢管混凝土轴压中长柱承载力研究200-04-0。
大长经比钢管混凝土轴压柱的力学性能
载力 的计 算公 式进行 了探讨 ．
１ 试 验 概 况
共 设 计 了 ｌ 试 件． 管 是 直径 １ ８ｍｍ、 ６根 钢 ０ 壁 厚 ４ｍｍ 的 无 缝 钢管 ， 凝 土 为 Ｃ ０和 Ｃ ０ 钢 管 混 ３ ５ 混 凝 土 长 细 比 ＾＝４ ／ Ｌｏ和 Ｄ 分 别 为 构 件 Ｌ０ Ｄ，
Ｊ ｎ． ａ
２０ ０２
Ｖｌ ． ８． Ｎ ｏ ４ ０ １ １ ．
文章编号： ６ １ ２ ２ （０ ２ ０ —０ ０ ０ １７ — ０ １２ ０ ）１ ０ １ ４
大 长 细 比 钢管 混 凝 土 轴 压 柱 的 力 学 性 能
姜 绍 飞 ， 廖 云 张 昕 宇 韩 林 海 ， ．
维普资讯
２００２年 １月 第 培卷 第 Ｌ 期
沈 阳 建 筑 工 程 学 院 学 报 （自 然 科 学 版 ） Ｊｕ ￣ ｆ ｈ ｎａ ｇ ｃ ．ａ ｄｃｖ Ｅ ｇ ｏ ｍａ ｏ ｅｙ ｎ ｈ ｎ ｌ Ｓ Ａｒ ｎ ．Ｕｎ （ ａｕａ Ｓｉ ｃ） ｉ ｖ Ｎ ｔｒ ｃ ｎｅ ｌ ｅ
钢管混凝土具有承载力高、 性和韧性好． 塑 经 济 效 果 好 和 施 工 快 速 方 便 等 优 点 而 受 到工 程 界的
数据采用 自动采集 ； 通过对钢材 的抗拉试验，
测 得 其 屈 服 强 度 、 拉 强 度 及 弹 性 模 量 分 别 为 抗 ３ ８． ＭＰ 、５ ． ａ ２．１ ４ １ ａ ５ ７ ０ＭＰ 和 １ ７×１ ＭＰ ． 凝 ０ ａ混
截面 的回转半径． 件的 对 中 ， 试 件 两 端 设 置 了特 别 加 工 制 作 的 加 在
荷板 ． 在每个 试件 中间截 面每隔 ９ 纵 向及 环 Ｏ沿 向共贴八 片电阻应变 片， 同时 在试件弯 曲平面内 沿柱 高四分点处设了 ３ 电测位 移计 ， 定试件 个 测
钢管-再生混凝土-拼接木复合长柱轴压
空心方钢管柱明显提高ꎻ柱的长细比越大ꎬ承
中ꎮ 笔者将通过有限元软件 ＡＢＡＱＵＳ 对该
载力 提 高 越 明 显ꎮ ２０１９ 年ꎬ Ｈ. Ｋａｒａｍｐｏｕｒ
复合长柱构件进行模拟研究ꎬ以期对该构件
等 [６] 通过有限元模拟绘制了木材填充钢管
未来的设计和实际应用提供参考ꎮ
组合柱的长细比曲线ꎬ并定义了短柱和细长
加ꎮ 结论 钢管￣再生混凝土￣拼接木复合长柱的轴压力学性能良好ꎬ可以满足工程需要ꎮ
关键词 拼接木ꎻ再生混凝土ꎻ复合长柱ꎻ轴心受压性能ꎻ有限元分析
中图分类号 ＴＵ３６６ 文献标志码 Ａ
Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｘｉａｌ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｎ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ￣Ｒｅｃｙｃｌｅｄ
ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏｌｕｍｎ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ. Ｆｏｒ ｅｖｅｒｙ １０ ＭＰａ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ
ｏｆ ｒｅｃｙｃｌｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅꎬｔｈｅ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ６ ０７％ ꎬ５ １３％ ꎬ
表 １ 木材的弹性参数
Ｔａｂｌｅ １ Ｅｌａｓｔｉｃ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｗｏｏｄ
Ｅ Ｌ / ＭＰａ
Ｅ Ｒ / ＭＰａ
Ｅ Ｔ / ＭＰａ
μ ＬＲ
μ ＴＲ
μ ＬＴ
Ｇ ＬＲ / ＭＰａ
Ｇ ＬＴ / ＭＰａ
Ｇ ＴＲ / ＭＰａ
１０ ４９０
１０４９
５２４ ５
０ ３８
０ ３
０ ５５８
核心高强钢管混凝土桩轴压性能的试验研究
１ ２ 加 载 及 测 试 方 法 ．
试 验 在 华 南 工 大 学 结 构 试 验 室 进 行 ， 用 采
的节 点 处 理 更 加 方 便 ， 节 点 处 的 水 平 构 件 的 纵 向 在 钢 筋 可 以从 外 包 钢 筋 混 凝 土 中 穿 过 或 直 接 锚 固 在 核 心 柱 的外 包混 凝 土 中 ， 工方 便 ． 施 目前 国 内 外 有 关 这 一 构 件 形 式 的 研 究 资 料 较 少 ， 没有 相 关 的规 范 或规 程来 指 导设 计 ， 又 因此 有 必 要 对 核 心 柱 展 开 研 究 ． 为 该 核 心 柱 系 列 研 究 的 一 作
率 和 截 面形 式等 因 素对 该 构件 性 能 的影 响
１ 试 验 概 况
１ １ 试 件 概 况 ．
本 试 验 的 试 件 参 照 广 州 某 高 层 商 住 楼 实 际 工 程 中 的 结 构 构 件 进 行 １ ３ 比 例 模 型 设 计 ， 设 计 试 件 ： 共 １ ０根 ， 中 圆 形 截 面 和 方 形 截 面 各 ５根 ． 件 总 高 其 试
试 件 下端 高 １０ ｍｍ 范 围 内设 置 了“ 靴 ” ０ 钢 用作 找 平
和 防 止 局 部 压 坏 ， 端 用 砂 浆 找 平 ， 验 表 明 ， 置 上 试 设
“ 靴” 用 明显 ． 钢 作
在 试 件 的 荷 载 一位 移 曲 线 出 现 曲 线 段 之 前 ， 采 用 荷 载 控 制 模 式 ， ３ ０ ｋ ｍｉ 的 速 度 加 载 ： 后 以 ０ Ｎ／ ｎ 之 改 为 位 移 控 制 模 式 ， ０ ５ ｍｍ／ ｎ 的 速 度 加 载 ， 以 ． ｍｉ 直 至试 件破 坏 ． 在试件 上 布置 了百分 表 和应 变 片以 测定 构件 的 位 移 和 钢 管 、 筋 的 应 变 （ 变 片 测 点 布 置 见 图 １ 钢 应 ，
方钢管混凝土轴压柱承载力分析
方钢管混凝土轴压柱承载力分析摘要：针对方钢管混凝土柱的受力特点，引入了混凝土强度折减系数和等效约束折减系数，实现了方钢管混凝土柱向圆钢管混凝土柱的等效。
利用薄壁圆筒的双剪统一强度解推导了方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式。
在此基础上，引入了轴压稳定系数，建立了方钢管混凝土轴压长柱的极限承载力计算公式。
利用建立的公式与文献数据进行了计算对比，结果表明：所得公式计算的轴压承载力与文献的试验结果吻合较好，对钢管混凝土的研究有一定的理论价值。
关键词：方钢管混凝土极限承载力薄壁圆筒双剪统一强度理论1、引言随着我国高铁建设的飞速发展，对站房的要求越来越高，站房高度和跨度的不断增加使得梁、柱所承受的荷载越来越大。
承重柱作为建筑物最为重要的受力构件，是建筑物抵抗外力的关键，特别是在地震作用下，柱子不仅需要有足够的强度，而且须有很好的延性。
钢管混凝土柱以其承载能力高、延性好，抗震性能优越、耐冲击、耐疲劳和施工方便等优点而在实际工程中得到广泛的应用。
方钢管混凝土柱作为钢管混凝土柱的一种形式，除具有钢管混凝土柱的优点外，还有节点形式简单、截面惯性矩大、稳定性能好、抗弯性能好的优点，具有广阔的应用前景。
因此对方钢管混凝土力学性能的研究具有重要的意义。
2、方钢管混凝土柱的受力特点钢管混凝土柱在应力水平较高时，内部混凝土的纵向微裂缝将会得到发展，其泊松比将超过0.5，随着纵向微裂缝的发展，混凝土的泊松比将会超过外钢管的泊松比，此时，钢管会对混凝土产生围压。
方钢管对内部混凝土的约束很不均匀，文献[1]中指出：方钢管对核心混凝土的约束力主要集中在4个角部，而且约束力很不均匀，4个角部的混凝土受到的约束强，边部中间管壁处的混凝土受到的约束较弱。
在大量的试验研究的基础上，我们得出结论：当方钢管达到钢材的极限强度时，角部钢管发生塑性变形，边部中间管壁发生局部失稳，混凝土被压碎。
由于方钢管对内部混凝土的约束的不均匀性，所以如何计算外钢管和核心混凝土之间的相互约束“效应”成为计算方钢管混凝土强度及承载力的重中之重。
钢管高强混凝土柱轴向受压承载力试验研究_王力尚
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
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
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
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
中长柱的轴压性能试验步骤
中长柱的轴压性能试验步骤
中长柱的轴压性能试验步骤一般可以按照以下顺序进行：
样品准备：根据设计要求，制作符合试验要求的中长柱样品。
在制作样品时需要确保样品的几何尺寸和质量满足试验要求。
试验设备准备：确保试验设备完好，并根据试验要求进行调整和校正。
安装样品：将样品安装到试验设备上，并根据试验要求进行固定和调整。
试验参数设置：根据试验要求，在试验设备上设置相应的试验参数，如加载速率、试验荷载等。
加载试验：开始施加加载，通过试验装置施加垂直轴向压缩荷载，直至达到设定的试验终止条件，如极限承载力或变形要求。
数据记录与分析：在试验过程中记录和监测样品的荷载、变形等参数，并且在试验结束后对试验数据进行处理和分析，得到相关的试验结果。
结果评价：根据试验结果，评价中长柱的轴压性能，如确定极限承载力、变形特点等。
结论和报告：根据试验结果和评价，撰写试验结论和报告。
需要注意的是，中长柱的轴压性能试验步骤可能会根据具体的试验要求和相关标准进行调整和修改。
圆钢管混凝土悬臂长柱抗弯性能试验研究
圆钢管混凝土悬臂长柱抗弯性能试验研究杨俊芬;闫西峰;胡盼盼;张广平;奚增红【期刊名称】《西安建筑科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(048)005【摘要】通过对3个足尺圆钢管混凝土长柱的试验研究,分析不同轴压比下圆钢管混凝土长柱的抗弯承载能力和破坏形式.结果表明,相比轴压比为0时的圆钢管混凝土长柱,轴压比为0.1、0.2时的圆钢管混凝土长柱的抗弯承载力和抗侧刚度减小,同时延性也减小;可见轴压力的变化对钢管混凝土长柱抗弯受力性能有显著的影响.在试验的基础上,将不同轴压比的抗侧刚度与考虑P-Δ效应时相关规程、文献进行比较,给出建议公式,为钢管混凝土结构在实际工程中的应用提供参考.【总页数】7页(P654-660)【作者】杨俊芬;闫西峰;胡盼盼;张广平;奚增红【作者单位】西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司,甘肃兰州730050;中国能源建设集团甘肃省电力设计院有限公司,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TU391【相关文献】1.圆钢管混凝土短柱与中长柱界限长细比试验研究 [J], 李斌;张乐均;高春彦2.双层均布荷载作用下混凝土悬臂箱梁抗弯性能试验研究 [J], 祝明桥;赵振中;谷志鹏3.地震作用下钢筋混凝土悬臂梁抗弯性能及尺寸效应试验研究 [J], 金浏;苏晓;李冬;杜修力4.圆钢管混凝土中长柱轴压性能试验研究 [J], 李斌;落凯妮;王柯程5.钢筋混凝土悬臂梁抗弯性能尺寸效应试验研究 [J], 周宏宇;杜修力;李振宝;马华;张雅然;王海倩因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
钢管RPC长柱轴压受力性能试验研究
试 件采 用 ｑ１３ ｍ ×６ ｍ 和 ｑ１３ ×１ １１两 种 规 格 ￣３ ｍ ａ ｒ ￣３ ｍｍ ０３ １３ １
的 Ｑ３ ２ ５无缝钢管 ， 内填 立方 强度为 １０ ａ的 Ｒ Ｃ 其 套箍 ５ ＭＰ Ｐ， 系数分 别为 ０ ５９和 １ １６ 试 件的基本 情况见表 １ 钢管材 ．５ ．０ ； ， 料的强度在福州 大学结构 实验室 ｌ０ ｋ Ｏ ０ Ｎ万能试 验机 上按材
一
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
［］ ２ 已进行钢管 Ｒ Ｃ短柱轴心受压受力性能研 究 ， １０ ａ Ｐ 对 ０ ＭＰ 以上钢管超高强混凝土长柱 的受压受 力性 能研究 ， 很少这 方
面 的 报 道 。为 促 进 Ｒ Ｃ在 实 际工 程 中 的应 用 ， 必 要 进 行 钢 Ｐ 有
内进 行常温养护 ２ ０天 ， 然后用 同种强度 的 Ｒ Ｃ抹平 ， Ｐ 再加盖
试件的加工过程 如下 ： Ｐ Ｒ Ｃ经 过强 制搅 拌 机拌 和后 ， 灌 人钢管 中， 在振 动 台上振捣 密实 ， 制成 钢管 Ｒ Ｃ试 件。试 件 Ｐ 端敞 口， 件 在标 准 养 护 ４天 后 ， 人 高 温 高压 蒸 汽 釜 试 放 （ ８ ￣ １ａｍ） １０Ｃ，０ ｔ 中进行养 护 ８小时 ， 蒸汽 养护后 ， 将其 置于室
板焊封。
１ ３试验 装 置 ．
管 Ｒ Ｃ长 柱轴压 的受力性能研究 。 Ｐ
１试 验 概 况
本文进行了 １ 根圆钢管 Ｒ Ｃ长柱轴压的试验 ， ２ Ｐ 通过变化套 箍指标、 长径比等参数 ， 探讨钢管 Ｒ Ｃ长柱轴压的受办ｌ能。 Ｐ 生
加载方式对钢管混凝土轴压长柱和中长柱受力性能影响的试验研究
第 ２ 卷第 ６ ９ 期 ２００７年 １ ２月
铁
道
学
报
Ｖｏ ． ９ １２
Ｎｏ ６ ．
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩ ＮＡ ＲＡＩ Ｗ ＡＹ ＯＣ Ｅ Ｌ Ｓ Ｉ ＴＹ
Ｄｅ ｅ ｅ ２ ０ ｃ ｍｂ ｒ ０ ７
ｐｌｅ ｎｌ ｎ ｓ ｅ ｌｔ ｂｅ ｉｄ ｏ ｙ ｏ ｔ ｅ ｕ ｓ，ｔ ｅ ｌ ａ － ａ ｒ ｉ ａ ｃ ｔ ｆ ｔ ｏ ｏ ｕ ｎ ｓ ｌ ｒ ｒ ｔ ｎ ｔ ａ ｆ ｔ ｅ ｓ ｒ ｏｌ ｈ ｏ ｄ ｃ ｒ ｙ ｎｇ ｃ ｐａ ｉｙ ｏ ｈｅ ｌ ｎｇ ｃ ｌ ｍ ｓ ｉ ａ ｇｅ ｈａ ｈ ｔ ｏ ｈ ｈｏ ｔ ｃ —
ＣＨ ＥＮ ｏ ｃ ｎ， Ｂａ — ｈｕ Ｈ Ｕ ＡＮ Ｇ — ｕｎ Ｆｕ ｙ
（ ｌｅ ｅｏ ｖｌＥｎ ｉｅ ｒｎ Ｃｏｌｇ ｆＣｉｉ ｇｎ ｅ ｉｇ，Ｆｕ ｈ ｕＵ ｎｖ ｒｉｙ，Ｆ ｚ ｏ ５ ０ ２，Ｃｈｎ ） ｚ ｏ ｉ ｅｓｔ ｕ ｈ ｕ３０ ０ ｉ ａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｅｘ ｒｍ ｅ ａ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏｎ ｉ ｆｕ ｎ ｅ ｏ ｏｕ ｙｐ ｓ ｏ ｏ ｄ ｎｇ ｍ ｅ ｈｏ ｓ ｏｎ ｂ ｈ ｖ ｏ ｓ ｏ ｐｅ ｉ ｎｔ ｌｒ ｓ ａ ｃ ｎ ｌ ｅ ｃ ｆｆ ｒ ｔ ｅ ｆｌ ａ ｉ ｔ ｄ ｅ ａ ｉ ｒ ｆ ＣＦＳ ｌ ｇ ｃ － Ｔ ｏｎ ｏｌ
载力 ， 中初 应 力 对 长 柱 的极 限承 载 力 降低 的影 响 比 短 柱 明显 ， 与之 相反 ， 于荷 载 仅 施 加 于 钢 管之 上 的长 柱 ， 其 而 对 其极 限承 载 力 反 而 大 于 同样 加 载 的 短 柱 。随着 长细 比 的增 大 ， 载 方 式 对 试 件 套箍 作 用 的影 响 有 减小 的趋 势 ， 加 且
钢管混凝土柱受力性能分析
钢管混凝土柱受力性能分析李海锋河海大学土木工程学院，南京（210098）E-mail：lihai_feng@摘要：本文分析了钢管混凝土结构的基本力学性能找出了此结构形式承载力高的原因，并用算例比较了钢管混凝土结构与普通混凝土结构的差异，得出了一些结论并对工程建设提出了几点建议。
关键词：钢管混凝土结构；承载力；受压中图分类号：TU171. 前言近年来由于钢管混凝土结构承载力高，塑性和韧性好，经济效果显著和施工快速方便等优点而越来越受到工程界的重视[1]。
在我国钢管混凝土结构主要应用于单层和多层工业厂房柱，高炉和锅炉构造柱，各种设备支架柱以及送变电杆塔结构等，近年来随着工程技术水平提高已被广泛应用于桥梁和多，高层建筑中，取得了很好的经济效益。
钢管混凝土结构与钢结构相比在不增加或少许增加结构自重条件下，可大幅节省钢材；与混凝土结构相比，可大幅减轻结构自重，空钢管骨架的吊装重量大为减轻，不需模板和钢筋，施工大为简化。
在高层建筑中采用钢管混凝土结构可发挥它的抗压和抗剪性能好，承载力高，抗震性能优越，延性好，控制构件长细比后可以不限制轴压比，并能充分发挥高强混凝土的承载力防止其脆性破坏等一系列优点[2]。
多年来的研究表明，钢管混凝土结构中的钢管具有套箍，支架，模板三打作用，使钢管混凝土结构表现出用钢量小，刚度大，安装重量轻，承载力高，施工快速方便，经济效益明显等一系列突出优点。
由于以上钢管混凝土结构各种优点，应该大力推广这种结构形式，使其为我国社会主义现代化工程建设做出更突出的贡献。
2. 钢管混凝土柱力学性能钢管混凝土柱为钢管混凝土结构中主要结构形式，在这种结构中可以充分发挥钢材和混凝土这两种材料的性能。
下面主要分析钢管混凝土柱力学性能，找出其力学上受力合理的原因。
2.1组成材料的力学性能[3]钢管混凝土柱是有钢管和混凝土两种材料组成，而钢管混凝土柱的承载力并不是钢管和混凝土两种构件承载力简单的加和，从后面的算例可以看出钢管混凝土柱的承载力是钢管和混凝土两种构件承载力加和的1.61倍左右。
轴心受压下钢管混凝土加固锈蚀RC圆柱受力全过程分析
钢筋直径/mm 材质 屈服强度/MPa极限强度/MPa伸长率/%
6
HPB235
310
12
HRB335
458
356
25.0
615
21.9
轴压试验在武汉大学结构工程实验室500 t 试验机上进行，试验装置如图2所示。试件下端 设置5000 kN力传感器以适时准确测量施加的荷 载值。柱两侧对称布置了 2个轴向电测位移计, 以测量试件的轴向变形。试验加载依据国家标准 GB/T 50152-2012(混凝土结构试验方法标准》进 行。 试件详细参数和加载过程可参考文献［9］。
但目前多数研究集中于未受损的RC柱加 固，而在实际工程中RC柱常常受到锈蚀损伤影 响。随着防锈漆、阻锈剂等防锈方法和技术的不 断成熟发展，钢管抵抗锈蚀的能力不断增强，利用 钢管混凝土加固锈蚀RC柱成为可能。鉴于此, 本文在进行钢管混凝土加固锈蚀RC柱轴压性能 试验研究基础上,深入开展有限元仿真分析,对加 固柱各部分的荷载分配、应力分布发展情况和钢 管对核心混凝土的约束作用进行详细分析，进一 步揭示加固柱的受力机理。
本文通过试验测得的锈蚀钢筋混凝土柱承载
力反推nc( n)的数学关系式如下：
nc( n) = ｛：293n， n w 15.89%
(4)
n > 15.89%
根据试验结果拟合出的nc( n)的回归关系式
2有限元建模计算
2.1材料本构关系 钢管的本构关系采用较为广泛的二次塑流模
型[10],其本构关系表达式如下：
压力
应变片 位移计
力传感器
1试验概况
1.1试件设计与试验加载 本试验共设计16个试件，其中包括7根不同
锈蚀率RC圆柱和9根钢管混凝土加固柱，试验 参数为钢筋锈蚀率、钢管壁厚和后浇混凝土强度。
钢管混凝土轴压中长柱的极限状态分析
（ ． ｒｈｔｃｕｅａｄＣ ｖ ｎ ｉｅ ｒ ｇＳ ｈ ｏ，ｎ ｅ ｎ ｏ ａＵ ｖ ｒｉ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎｌｇ ， ａ ｔ １０ ０， ｈｎ ； ． ａｊ ｅ ａ ｙ １ Ａ ｃ ｉ ｔ ｎ ｉｉＥ ｇｎｅｉ ｏｌ Ｉｎ ｒＭｏ ｇ￣ ｎ ｅ ｔ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈｏｏ ｙ Ｂ ｏｏ ０ ４ １ Ｃ ｉａ ２ Ｋ ｉｅＣ ｍｐ ｎ ， ｅ ｒ ｌ ｎｃ ｉ ｓｙ ｆ ｕ ｉ
Ｊｎ ．Ｏｒ ｕｅ２０ ７ Ｖｏ ２ Ｎ ２ ｌ ６． ｏ
文 章 编 号 ：０ ４ ７ ２ ２ ０ ）２— １５ ３ １０ —９ ６ （ ０ ７ ０ ０ ７ —０
钢管混凝土 轴压 中长柱的极 限状态分析
闻 洋 李 ，
（． １ 内蒙 古科 技 大 学 建筑 与 土木 工 程 学 院 ， 内蒙 古 包 头
ｆｒ ｌ ａ ｓ ｄ ｔ ｕｄ ｒ ｃ ｃ ｏｍｕａ ｃ ｎ ｂ ｕ ｅ ｅ ｏｇ ｉｅ ｐ ａ ｔ ｅ． ｉ
钢管 混凝 土是利 用 钢管和 混凝 土两 种 材料 在受
维普资讯
２０ ０ ７年 ６月 第 ２ 卷 第 ２期 ６
内 蒙 古 科 技 大 学 学 报
Ｊ ｕｎ ｌ ｏ ｎ ｒＭｏ ｇ ｌ ｎ ｖ ｒｉ ｆＳ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ａ ｆＩ ｅ ｎ ｏ ａ Ｕ ｉｅｓｔ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｎ ｉ ｙ
ｉ ｅ ｔｅ ｕｂ ｔ ｆ ｅｋ ｎ ｓｏ ｓｅ ｄ ｒ ｓ ａ ｆ ｌｄ ｓｅ ｌｔ ｅ ｓｗｉ ｖ ｉ ｄ ｌｎ ｅ ｅ ｓｒｔｏ．ｔｉ ｏ ｎ ａ ｈ ａ ｉｇｃ ｐ ｃ ｔ ｏ ｃｅｅｆｌ ｄ ｓｅ ｌｔｂ ｌ ｏｕ ｓｄ ｓ ｔｐ ｅ ｅ ｔ ｌ ｈｉ ｆ ｎ ｉ Ｉ ｓｆｕ ｄ ｔ ｔｔｅ ｂ ｒｎ ａ ａ ｉ ｏ ｃ ｎ ｒｔ ｌ ｔｅ ｕ ｕａ ｃ ｌｍｎ ｅ ｎ’ ｒ ｓｎ ｈ ｅ ｙｆ ｉ ｅ ｒ
单肢钢管混凝土轴压中长柱的稳定承载力分析
２ ． １３
２ ３ １
பைடு நூலகம்
２４１ ８ ．８
２４１ ８ ．８
Ｓ１ ４３ ｃ ５ — Ｓ１ ４４ ｃ５ Ｓ１ ９１ ｃ ４ — Ｓ１ ９２ ｃ ４ — Ｓ１ １１ ｃ ４ —
Ｓ １ １２ ｃ４ － Ｓｌ Ｏ１ ｃ ３ 一 Ｓ １ Ｏ２ ｃ３ 一
１ ８×４ ５× ４ １ ８ ０ ５ １ ８×４ ５× ４ １ ８ ０ ５ １ ８×４ ５× ４ ０ ３ ０ ２ １ ８×４． ４ ０ ３ ０ ５× ２ １ ８×４． ３ ８ ７ ０ ５× ０
１ ８×４ ５× ３ ８ ７ ０ ０ １ ８×４． ０ ５× ３ ５ ０ １ １ ８×４． ０ ５× ３ ５ ０ １
３ ４ １ ３ ４ １ ３ ４ １ ３ ． １４ ２ ． １３
２ ． １３ ２ ． １３ ２ ． １３
３８１ ４ ． ３８１ ４ ， ３８１ ４ ３８１ ４ ３８１ ４ ．
根据砖混结构 的特 点 ， 砌体结构 正常使用 要求一般 情况 下可 参 考 文 献 ：
第３ ６卷 第 ｌ ２期 ２０ １０ 年 ４ 月
Ｓ ＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ＴＥ 兀 瓜 Ｅ
山 西 建 筑
Ｖｏ ｌ ６ ＮＯ． ２ Ｉ３ １
Ａｐ． ２ １ ｒ ００
・５ ・ ９
文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０ １—０ ９０ １０ —８ ５ ２ １ ）２０ ５ —２
应用 。
表 １ 轴 压 长 柱 试 件 参 数 表
构件编号
Ｓ１ ４１ ｃ５ —
Ｓｌ ４２ ｃ ５ —
时 ， 虑杆长千分之 一 的初 挠度 ， 考 以考 虑钢管 混凝 土长柱 本身 缺
陷 的影 响 。
劲性钢管混凝土组合柱轴压性能试验研究
Ｖ０ ． ２ Ｎ ５ １ ３ ｏ． Ｓ ｐ． ２ Ｏ ｅｔ Ｏ２
劲 性 钢 管 混 凝 土 组 合 柱 轴 压 性 能 试 验 研 究
杨 春 蔡 健 张 学 文 吴 轶 谢 晓锋
（ 南理 工 大学 土木 工程 系 ， 华 广州 ５０ ４ ） １６０
摘 要 ：采 用 １ ５ＭＮ大 型 长 柱 压 力试 验 机 对 ｌ 劲 性钢 管 混凝 土 组合 柱 试 件 进 行 轴 心 受 压 试 验 ， ０根 在 试 验 现 象 和 数 据 分 析 的基 础 上 ， 究劲 性 钢 管 混 凝 土 组 合 柱 的 轴 压 力 学 性 能 ， 析 柱 的钢 管 研 分 （ 含 钢 率 、 筋 配 筋 率 、 箍 率 及 截 面 形 式 等 因 素 对 组 合 柱 轴 压 性 能 的 影 响 ． 究结 果 表 明 外 骨） 纵 配 研
包 钢 筋 混凝 土 能 够 与核 心 钢 管 混凝 土 共 同工 作 ， 的钢 管 （ ） 钢 率 、 筋 配 筋 率 、 箍 率及 截 柱 骨 含 纵 配 面形 式 等 因素 对 柱 的 轴压 性 能 有 显 著 的 影 响 ．
关 键 词 ：高 强 混 凝 土 ； 管 混 凝 土 ； 验 研 究 ； 心 受压 ； 学 性 能 钢 试 轴 力 中 图分 类号 ：Ｔ ３ ５３ Ｕ ７ ． 文献标识码 ： Ａ 文章 编 号 ：１０ —０ Ｄ（０２ ｏ—７５Ｄ １ １ ５５ ２０ ）５０ ｌ一４ ３
ｃ ａ ｉａ ｏ ｅｔ ｈ ｎ ｃ ｌｐｒｐ ｒｙ
随着超 高层建筑 不断发展和应用 ， 钢筋混凝 土
充分利用钢材强度 ， 约 了钢材 ． 超高层 或 高耸 节 在 结构 中 ， 采用劲性钢 管混凝 土组合柱 的侧 向刚度大 于纯钢结构 ， 向位 移 可 以显著减 小 ． 侧 与钢筋 混凝 土柱相 比， 劲性钢 管混 凝土 组合 柱不 仅强 度 、 刚度 明 显增 加 ， 且 延 性 得 到 极 大 改 善 ， 震 性 能 好 ． 而 抗 另 外， 施工安装时核心钢管混凝 土骨架 本身构成一个 具有 一定强度和刚度的结构 ， 以作为浇筑外 围混 可 凝 土 时 挂 模 、 模 的 骨架 ， 以大 量 节 省模 板 支 撑 ， 滑 可 同时 可 以 承 担 部 分 施 工 荷 载 ｎ 】 ．
钢管再生混凝土长柱偏压性能研究_张向冈
Vol.30 No.3 Mar. 2013
工
程
力
Байду номын сангаас
学 331
ENGINEERING MECHANICS
文章编号：1000-4750(2013)03-0331-10
钢管再生混凝土长柱偏压性能研究
张向冈 1，陈宗平 1,2，王讲美 1，薛建阳 2，郑述芳 1，李启良 1，苏益声 1
水/kg 205 205 205
工
程
力
学
333
1.2
试件设计与制作 设计了 20 个试件，其中圆钢管和方钢管再生
——————————————
收稿日期：2011-10-16；修改日期：2012-01-01 基金项目：国家自然科学基金项目(50908057)；‘八桂学者’建设工程专项经费项目；广西自然科学基金项目(2012GXNFSFAA053203)；广西科技 攻关项目(桂科攻 12118023-3)；广西重点实验室系统性研究项目(2012ZDX03) 通讯作者：陈宗平(1975―)，男，广西玉林人，教授，博士，从事钢与混凝土组合结构、再生混凝土结构、异形柱结构研究 (E-mail: zpchen@). 作者简介：张向冈(1986―)，男，河南夏邑人，博士生，从事钢与混凝土组合结构研究(E-mail: xgzhang1986@)； 王讲美(1982―)，男，河南鲁山人，硕士生，从事钢与混凝土组合结构研究(E-mail: pdsls123@)； 薛建阳(1970―)，男，河南洛阳人，教授，博士，从事钢与混凝土组合结构研究(E-mail: jianyang_xue@)； 郑述芳(1986―)，女，广西罗城人，硕士生，从事钢与混凝土组合结构研究(E-mail: zhengshufang-41@)； 李启良(1986―)，男，广西桂林人，硕士生，从事钢与混凝土组合结构研究(E-mail: feel1986@)； 苏益声(1956―)，男，湖南醴陵人，教授，硕士，从事钢结构与组合结构研究(E-mail: suyisheng@).
钢筋混凝土柱检算—偏心受压柱
比l0 / b≤30及l0 / h≤25（b为截面短边尺寸，h为长边尺寸）。
简述短柱与长柱的破坏形态？
轴 心
凸侧由于受压，在荷载不大时，全
受
截面受压，但内凹一侧的压应力比
压
外凸一侧的压应力大。凸侧随着荷 载增加变为受拉，出现受拉裂缝，
长 柱 的
凹侧砼被压碎，纵向钢筋受压向外破来自弯曲（右图）。坏
形
态
轴心受压长柱的破坏形式
长柱破坏
初始偏心产生附加弯矩
加大初始偏心，最终构件是在M，N共同作用下破坏。
在截面尺寸、配筋、强度相同的条件下，长柱的承载力低于短柱(采用
稳定系数来考虑)。
轴心受压短柱
Nus fc A f yAs
轴心受压长柱 稳定系数
N
l u
N
s u
Nul Nus
j 主要与柱的长细比l0/b有关
N Nu 0.9 ( fc A f yAs)
折减系数0.9是考虑初始偏心的影响，以及主要承受恒载作用的轴压受压柱的可靠性。
试验表明，影响φ值的主要因素是柱的长细比。 当l0 / b≤8时，为短柱，可不考虑纵向弯曲的，取φ=1.0；当l0 / b＞8 时，为长柱，φ值随l0 / b的增大而减小。
1 fcbx(h0
x) 2
f yAs (h0
as )
◆尚应考虑As一侧混凝土可能先压坏的情况。
N 1 fcbh(h0 0.5h) f yAs (h0 as )
e e'=0.5h-as'-(e0-ea)，h'0=h-as'
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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
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, 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
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。
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
( 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
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
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。
员 ( 本刊摘编)
SPECIAL STRUCTURES No 2 2002
∀ 3∀
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
∀ 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
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。