薄壁钢管混凝土短柱力学性能分析

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发布时间：2021-09-06

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薄壁钢管混凝土短柱力学性能分析
赖伶
(营1：3职业技术学院建筑工程系，辽宁营口115000)
【摘要】研究薄壁钢管混凝土力学性能，本文对薄壁钢管混凝土试件进行试验，结果表明薄壁钢管混凝土
具有良好承载能力和抗变形能力；an劲肋设置有效改善薄壁方钢管混凝土性能．薄壁钢管混凝土在工程中具有
可行性。
【关键词】薄壁钢管混凝土；力学性能；轴压
【中图分类号】TU528．59 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2011)03—0072—03
0 引言
薄壁钢管混凝土柱是薄壁钢管与混凝土组合而
成的一种新型结构，薄壁钢管混凝土柱能够充分发挥
钢材和混凝土特性，具有组合结构优点．本文通过试
验研究对薄壁钢管混凝土柱静力性能进行研究．针对
薄壁板件易发生局部屈曲现象采用增设纵向加劲肋
方法改善，并分析加肋对结构力学性能影响。
1 试件设计、制作及材料特性
1．1 试件设计
首先确定钢管板件宽厚比范围．根据当前研究现
状表明宽厚比D／t控制在80～100间较合理．试件长
度适当，试件过长影响稳定性，试件过短端部效应不可
忽略，根据以上分析试验采用长宽比为3。试件尺寸
如表1所示。
表1 试件尺寸
4 结语
(1) 经楼层最大位移和层问最大位移角验算，
除少数构件外，结构中布置的型钢混凝土构件均满足
中震不屈服的性能设计目标，与连体直接相连的型钢
混凝土构件满足中震弹性要求。
(2) 在选取的三条中震水平的地震记录、三向
作用、两个输入方向作用计算完成后，塔楼A结构主
要承重墙肢未出现大面积塑性损伤，剪力墙损伤主要
发生在连梁、结构地上一层至地上三层及连体结构上
一层位置；塔楼B结构主要承重墙肢亦未出现大面积
塑性损伤，剪力墙损伤主要发生在连梁、结构地上一层
一地上三层以及相对连体结构的核心筒背部剪力墙
位置。
参考文献
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[收稿日期] 2010一ll一19
【作者简介] 王英杰(1965一)，男，河南禹县人，工学硕士，高
级工程师，从事建筑结构设计和工程技术管理
工作。
赖伶：薄壁钢管混凝土短柱力学性能分析 73
板拼焊采用熔透角焊缝形式保证焊缝质量。试件加工
时按设计要求加工，同时保证钢管两端截面平整．带
肋试件将肋焊于成型板件后将钢板拼接；采用强制式
搅拌机搅拌混凝土，浇筑时将钢管竖立，从顶部分层灌
入混凝土并振捣保证混凝土密实度，使混凝土表面与
钢管表面齐平养护，养护完成后焊上上端板，从端板上
预留小孑L中注人环氧找平保证钢管和混凝土在受荷
初期共同工作。
1．3 材料特性
钢板材料，测定钢板屈服强度、极限强度、伸长率
和弹性模量；混凝土采用分层浇注振捣，管口混凝土抹
光保持混凝土与钢管口表面平齐。分别制作150mm
×150ram×150mm标准试块养护28d进行抗压强度试
验，测得平均抗压强度为40．3MPa。
2 测试内容和测点布置
在试件上布置位移计，安装在柱中部位移计、测量
跨中水平位移，安装在上、下柱顶位移计用以量测上、
下柱段轴向变形。在每一侧面沿柱高四分点及试件中
截面布置应变片。加劲肋分成两个屈曲半波，在肋焊
接位置处未发现空鼓现象。对于未加劲试件，随着荷
载增加构件呈现屈服状态，局部屈曲达到最大荷载前
首先出现在柱一块钢板上，其余钢板开始发生屈曲变
形；沿柱高度方向，屈曲发生在不同位置，主要发生在
柱中部和端部；钢管各个面上均向外屈曲；局部屈曲后
变形迅速增加，当试件轴向应变相对较大时出现焊缝
撕裂破坏。由于管角部圆弧过渡缘故，在试件中部及
附近形成向外局部凸曲，局部凸曲发展一般较快且沿
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环向凸曲程度基本相同，对试件破坏起决定作用。加
劲钢管混凝土局部屈曲发生一般晚于无肋钢管混凝
土且加劲肋刚度越小，局部屈曲发展越迅速。通过对
试验过程观察对于D／t为8O和100未充分加肋试件，
板件屈曲变形均发生在试件达到极限承载力前，且试
验结束后钢管屈曲变形比充分加劲试件要大。
3 试验装置和加载制度
3．1 试验装置设计
本试验选择200t液压试验机，试件两端采用刀铰
加载模拟两端为铰接边界条件。试件两侧设置加载
板，按预定偏心距设置条状弧形凹槽，使刀铰上三角形
刀口深度略高出凹槽，这样能够满足施加荷载为线性
荷载，在加荷板中心处设置孔径为21mm，深为20mm
圆孔，试件两端板中心处焊直径20mm、长18mm凸榫，
保证试验安全及准确对中。
3．2 试验加载
试验加载分两个阶段进行，分别为预载和极限荷
载阶段。预载使试件支撑部位和加载部位