圆形钢管自密实混凝土加固RC方柱偏压性能有限元分析

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发布时间：2021-09-05

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圆形钢管自密实混凝土加固RC方柱偏压
性能有限元分析
王云虎，卢亦焱。薛继峰。梁鸿骏
(武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉430072)
摘要：通过4根短柱(1根RC方柱和3根钢管自密实混凝土加固柱)的偏心受压试验，研究外套钢管自密实混凝土加固法对
RC方柱承载力和延性性能的影响，结果表明加固后RC柱的承载力与延性得到大幅提高，且加固柱的承载力随偏心距的增大而
减小。为进一步研究钢管壁厚和后浇混凝土强度对加固效果的影响，采用了通用有限元软件ANSYS对加固偏压柱的受力全过
程进行了计算分析。经验证，计算所得试件的荷载一变形曲线与试验结果吻合良好。在此基础上对加固柱进行参数分析研究，研
究结果表明：偏心距对加固偏压柱的承载力影响最为明显，其次是钢管壁厚，自密实混凝土强度的影响较小。
关键词：钢管；自密实混凝土；加固；偏压承载力；有限元
中图分类号：TU528．0l 文献标志码：A 文章编号：1002—3550(2015)06—0050—04
Finite element analysis of square RC column strengthened with self—compacting concrete filled
circular steeI tube under eccentric Ioad
WAJ~G Yunhu ，LU Yiyan ，XUE Jifeng ，LIANG Hongjun
(School of Civil Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，China)
Abstract：One reinforced concrete column and three retrofitting columns subjected to eccentric loading have been presented．The experi—
mental results shows that the use of self—compacting concrete filled steel tubes is interesting since the ductility and the bearing capacity
of the RC columns are greatly improved，and the ultimate bearing capacity is decreased with the increase of the eccentricity．In order to
further investigate the effect of the thickness of the steel tubes and the concrete strength on the eccentric loading behavior of the
strengthened columns，a finite element(ANSYS)analysis is employed to analyze the loading process of the retrofitting columns subjec—
ted tO eccentric loading．It is found that the calculations of load—deformation curves agree well with the experimental results．On this ba—
sis，the influence of some parameters including the thickn ess of the steel tube，the concrete strength and the eccentricity on the ultimate
beating capacity of the retrofitting columns is analyzed．The study shows that the influence of the eccentricity is obvious，the thickn ess of
the steel tube is less and the concrete strength is the least．
Key words：steel tube：self—compacting concrete；retrofit；eccentric—loaded capacity；finite element
0 引言
圆形钢管混凝土组合结构能充分发挥材料特点：一方
面钢管对核心混凝土的约束作用，使核心}昆凝土处于三向
受压状态，从而提高混凝土强度，改善混凝土韧性和塑性；
另一方面，核心混凝土又能延缓和避免钢管的局部屈曲，
从而保证钢材性能的充分发挥；此外，钢管还可以作为混
凝土浇筑的模板，加快施工速度，节省费用。因此，钢管混
凝土组合结构具有承载力高、刚度大、抗震性能好、构件截
面尺寸小、施工简便迅速、经济效益好等突出优点。这优良
的力学特性为结构加固提供了一个新的思路，利用该组合
结构对混凝土结构进行加固，可大幅度提高加固构件的承
载力、刚度和延性等。
在钢管混凝土加固柱方面⋯ ，国外较早开展了钢套管
补强混凝土柱强度和变形能力的研究。Priestley等用
椭圆套管加固混凝土方柱和圆柱并对其抗剪强度进行了
试验研究及理论分析，研究表明钢套管可以大幅提高加固
柱的抗剪强度和弯曲韧性。Aboutaha等用不同类型的
矩形钢管对混凝土柱进行加固，套管类型分为局部套管与
全套两种，研究结果表明两种套管方式均能有效提高柱的
强度及延性。除此之外，肖岩等也对局部方套管及矩形
套管加固混凝土柱的强度及延性进行了研究。国内对于钢
套管加固混凝土柱研究较晚，李鹏等对钢套管加固的混
凝土方柱试件进行了试验研究，并分析了加固柱的轴压性
能和约束机理。蔡健等进行了圆形钢套管内填混凝土
结构加固方形短柱轴压、短柱偏压和中长柱轴压等试验研
究，研究发现外套钢管加固法可有效提高加固柱的承载力