钢骨混凝土柱徐变应力重分布计算

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发布时间：2021-09-12

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钢骨混凝土柱徐变应力重分布计算
杨应恩，周东华，韩春秀
(1．昆明理工大学土木工程学院．昆明650504； 2．昆明冶金高等专科学校建工学院．昆明650033)
【摘要】钢骨混凝土结构在长期荷载作用下，混凝土部分将发生收缩徐变，进而导致应力重分布和结构变
形的持续增长。本文基于特劳斯德(HEINRICH TROST)理论，以对称的H型钢混凝土截面为研究对象，根据变形
协调条件推导了关于徐变内力的代数方程，并解出其表达式。进而对钢骨混凝土柱的截面应力、应变进行了分
析，得到了混凝土与型钢的重分布内力、应变随时间发展的关系曲线，并与试验资料相对比，吻合程度良好。说明
该方法可以较好地模拟钢骨混凝土柱在长期荷载作用下的应力和变形发展。
【关键词】收缩；徐变；钢骨混凝土柱；应力重分布
【中图分类号】TU375．3 【文献标识码】 B 【文章编号】 1001—6864(2016)O1—0055—03
钢骨混凝土结构以其承载能力高、耗能性能好、刚
度大、耐火性好等优点被广泛应用于高层建筑和大跨
度桥梁等结构。处于长期荷载作用下的钢骨混凝土由
于收缩徐变效应将发生内力重分配。由于钢骨混凝土
的含钢量铰之普通钢筋混凝土要大，混凝土受钢材的
约束也较大，故其重分布应力也大得多。目前对钢骨
混凝土的研究大多集中在结构的极限承载力、抗压稳
定性和抗震性能上，对于收缩徐变引起的与时间相关
的力学性能研究还比较少。对钢骨混凝土柱的徐
变应力重分布及其导致的长期变形的准确把握，将有
助于工程中对柱的轴向变形计算和弯曲变形分析，这
对于高层建筑而言尤为重要。因此，本文推导了重分
布应力的计算公式，并对钢骨混凝土的截面内力和变
形进行了分析。
1 基本理论及假定
根据特劳斯德(HEINRICH TROST)的理论，
混凝土徐变的基本方程为：
【0)= ：‰ D)+ ．(1 +
【't。。妒(1Il。))+占 (【Il。) (1)
式中，△ c(1 )为加载时刻t。至时刻t的时间段内
的应变增量；／t~r c(I
， u 为上述时间内的应力增量； ( 。)
为徐变系数；。h(I．【n) 为上述时间内的收缩应变增量；
(I'ln) 为老化系数，按下式计算：
(t，t。) 1一e一 (t，to)
( t，‘。)
(2)
基本假定：
(1) 纵向钢筋、钢骨与混凝土之间的粘结良好，
钢骨混凝土构件满足平截面假定。
(2) 混凝土工作应力不超过其极限强度的
50％，混凝土的徐变应变与应力成线性关系。
(3) 钢骨和钢筋混凝土部分具有相同曲率。
(4) 混凝土的弹性模量为常量。
2 内力分析
(1) 分析方法。如图1所示H形钢骨混凝土柱
截面，将型钢和纵向钢筋统一考虑成钢材部分，其总截
面积为A 顷性矩为，；混凝土净截面为混凝土部分，
其截面净面积为A ，净截面惯性矩为。由于钢骨混
凝土柱纵向钢筋一般是对称配置的，故钢材部分和混
凝土部分的形心轴重合。全截面内力为、，初始
时刻钢材部分的内力和混凝土部分的内力分别为Ⅳ协、
、、，持荷时长为t时重分布内力分别为
△Ⅳc( )、△ ( )、△ (I'田)、AMs( ，∞)。待列方程解出钢
材部分和混凝土部分的重分布内力后即可得出纵筋、
型钢、混凝土的重分布应力。