鋼管混凝土柱局部承載力分析

成家園

在鋼管中填充混凝土形成鋼管混凝土構(gòu)件,外包鋼管約束了核心混凝土,使混凝土處于三向受壓狀態(tài);核心混凝土又阻止了外包鋼管內(nèi)凹的局部屈曲。兩種材料相互彌補(bǔ)了彼此的弱點(diǎn),充分發(fā)揮了各自的長處,從而使得鋼管混凝土具有承載能力高、塑性和韌性好的特點(diǎn)。由于鋼管混凝土構(gòu)件主要應(yīng)用于承受軸向壓力,因此,根據(jù)受壓面積的不同,承載力可分為全截面受壓承載力和局部受壓承載力兩種[1]。故本文采用正交試驗法[2],對影響局部受壓承載力的因數(shù)進(jìn)行分析。

1 鋼管混凝土構(gòu)件局部受壓承載力計算方法

本文采用的局部受壓承載力計算公式為:

其中,fc為混凝土抗壓強(qiáng)度;Al為局部受壓面積;θ為鋼管混凝土的套箍指標(biāo),θ=faAa/fcAc,fa為鋼管抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計值,Aa為鋼管橫截面面積,fc為混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計值,Ac為核心混凝土截面面積;β為鋼管混凝土的局部受壓強(qiáng)度提高系數(shù),,當(dāng) β＞3時,取 3。

2 試驗方案設(shè)計

2.1 因數(shù)水平的制定

由于套箍指標(biāo)θ=faAa/fcAc=a?fa/fc,其中,a為含鋼率,a=Aa/Ac,因此,含鋼率與套箍指標(biāo)是相關(guān)的;另外,在鋼管混凝土柱局部受壓時,主要是核心混凝土承受軸向壓力,而外包鋼管主要起約束核心混凝土的作用。據(jù)此,本試驗考察三個因數(shù):核心混凝土強(qiáng)度、套箍指標(biāo)和局部受壓強(qiáng)度提高系數(shù),每個因數(shù)取三個水平。根據(jù)文獻(xiàn)[3],鋼管混凝土構(gòu)件的套箍指標(biāo)不應(yīng)低于0.48,故本試驗設(shè)計對鋼管混凝土構(gòu)件的套箍指標(biāo)的三個水平取值都大于0.48。各因數(shù)水平取值見表1。

表1 因數(shù)水平

2.2 試驗方案的確定

由于本試驗是三因數(shù)三水平試驗,因此,采用L9(34)正交表。表頭設(shè)計及試驗方案見表2。

表2 表頭設(shè)計及試驗方案

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 試驗結(jié)果

試件采用了3種不同直徑的鋼管,鋼材強(qiáng)度 fy=360MPa。關(guān)于試件的詳細(xì)資料及試驗結(jié)果見表3。

表3 鋼管混凝土試件表

3.2 試驗結(jié)果分析

為了分析鋼管混凝土局部受壓承載力的影響因數(shù),現(xiàn)對試驗結(jié)果進(jìn)行分析[4],詳細(xì)分析見表4。

表4 試驗結(jié)果分析

從極差R可知,核心混凝土強(qiáng)度對鋼管混凝土構(gòu)件的局部受壓承載力影響最大,其次為鋼管混凝土的局部受壓強(qiáng)度提高系數(shù),套箍指標(biāo)對局部受壓承載力的影響最小。

3.3 各因數(shù)與承載力的關(guān)系

從圖1可知,隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高,局部受壓承載力增大,因此在其他條件相同的情況下,可以通過提高核心混凝土的強(qiáng)度等級而達(dá)到提高局部承載力的目的。從圖2可知,隨著鋼管混凝土局部受壓強(qiáng)度提高系數(shù)的增大,局部受壓承載力會減小,因此在其他條件相同的情況下,可以通過降低局部受壓強(qiáng)度提高系數(shù)而達(dá)到提高局部承載力的目的。從圖3可知,并不是外包鋼管越厚,局部承載力就越大。

4 結(jié)語

1)核心混凝土的強(qiáng)度是影響鋼管混凝土構(gòu)件局部受壓承載力的主要因數(shù),其次是局部受壓強(qiáng)度提高系數(shù),影響最小的是套箍指標(biāo)。2)應(yīng)盡量增大核心混凝土局部受壓的面積,從而提高局部受壓承載力。3)并不是外包鋼管的面積越大,承載力越高,相反曲線呈下降趨勢。

[1]韓林海,楊有福.現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]高允彥.正交及回歸試驗設(shè)計方法[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1988.

[3]鐘善桐.高層鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M].哈爾濱:黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

[4]黃明奎,李 斌.鋼管混凝土承載力敏感性因數(shù)分析[J].四川建筑科學(xué)研究,2005,1(31):43-45.