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      鋼骨-T形截面鋼管混凝土短柱力學(xué)性能試驗(yàn)

      2011-04-14 04:03:36鞠開林蔡振興梁明華長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院湖北荊州434023
      關(guān)鍵詞:鋼骨延性鋼管

      鞠開林,蔡振興,梁明華 (長(zhǎng)江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院,湖北 荊州434023)

      為提高高層建筑承重柱的承載力和延性,同時(shí)解決梁柱凸出室內(nèi)占用房屋使用面積、影響室內(nèi)裝修和家具的布置問(wèn)題,筆者提出鋼骨-異形截面鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)構(gòu)想,參照文獻(xiàn) [1]將型鋼內(nèi)置于T形截面鋼管混凝土柱內(nèi)。這種組合柱可以在滿足承載力和延性的前提下方便建筑布局,提高房屋使用面積,是一種極具發(fā)展前景的結(jié)構(gòu)形式。

      1 試件設(shè)計(jì)

      為探討影響鋼骨-T形截面鋼管混凝土短柱受力性能和極限承載能力的主要因素,設(shè)計(jì)制作9根鋼骨-T形截面鋼管混凝土短柱試件和3根T形截面空鋼管混凝土短柱試件。混凝土和鋼材的材料力學(xué)性能均按標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法[2-4]實(shí)測(cè)得出,混凝土的設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度為C40,邊長(zhǎng)150mm立方體的抗壓強(qiáng)度為46.29N/mm2。試件加工過(guò)程如下:將6mm厚的鋼板按試驗(yàn)要求的尺寸加工成工字型,將應(yīng)變片粘貼在鋼骨中部,組裝時(shí)先將鋼骨垂直焊接在厚10mm邊長(zhǎng)300mm的方鋼板上,然后套裝外層鋼管,并將應(yīng)變片導(dǎo)線由鋼管下端的鉆孔中引出,使鋼管和鋼骨的幾何中心重合后將鋼管焊接在方鋼板上,所有焊縫均按文獻(xiàn) [4]進(jìn)行設(shè)計(jì)。試件主要參數(shù)如表1所示。

      表1 T形短柱試件主要參數(shù)表

      2 試驗(yàn)過(guò)程

      試驗(yàn)在500T壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行 (見圖1)。采用力控式分級(jí)加載,在彈性范圍內(nèi)每級(jí)加載為預(yù)計(jì)極限荷載的1/10,持載5min后再進(jìn)行下一級(jí)加載,當(dāng)荷載達(dá)到預(yù)計(jì)極限荷載的75%以后,持荷時(shí)間為2min,試件破壞時(shí)慢速連續(xù)加載。在每個(gè)試件的外壁布置縱向和環(huán)向電阻應(yīng)變片測(cè)量試件的應(yīng)變 (見圖2)。其中1、2、3、4、5、6、7分別表示環(huán)鋼管壁外側(cè)中部電阻應(yīng)變片的位置,9AF、11BF分別表示內(nèi)置鋼骨腹板處中部應(yīng)片的位置,8AY、10BY分別表示鋼骨翼緣處應(yīng)變片的位置。

      圖1 500T壓力試驗(yàn)機(jī)

      圖2 應(yīng)變片布置圖

      3 試件受力性能分析

      3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象描述

      圖3所示為部分試件的破壞形態(tài)。當(dāng)外荷載達(dá)到極限荷載的80%左右時(shí),鋼管壁出現(xiàn)剪切現(xiàn)象,隨荷載增大現(xiàn)象越明顯,最后呈剪切破壞形態(tài) (見圖3(a))。當(dāng)外荷載達(dá)到極限荷載后,混凝土產(chǎn)生局部壓碎,距試件上、下柱端15cm處凸曲,呈局部屈曲破壞形態(tài) (見圖3(b))。當(dāng)外荷載繼續(xù)增加,試件角部鋼管開始屈服,產(chǎn)生裂痕,直至開裂破壞,呈角部開裂破壞形態(tài) (見圖 (c))。

      圖3 試件典型破壞形態(tài)

      試件荷載-位移典型曲線圖如圖4所示。從圖4可以看出,整個(gè)試件可以分為3個(gè)工作階段:①?gòu)椥怨ぷ麟A段 (AB段)。從加載初期到極限荷載的80%以前,柱子的荷載-位移曲線近似一條直線,荷載與位移呈正比例關(guān)系,此時(shí)柱子處于彈性工作階段。②彈塑性工作階段 (BC段)。當(dāng)荷載超過(guò)了極限荷載的80%以后,混凝土中的微裂縫不斷擴(kuò)展,鋼管開始受壓屈服,試件的軸向剛度不斷減小 (BC段)。③破壞階段 (CD段)。當(dāng)荷載超過(guò)極限荷載后,柱子出現(xiàn)比較大的變形。隨變形增大,混凝土中的微裂縫急劇發(fā)展,承載力也急速下降,柱子軟化直至發(fā)生破壞。

      3.2 荷載-應(yīng)變曲線

      圖5所示為受配骨指標(biāo)ρ影響的荷載-應(yīng)變曲線。從圖5可以看出如下特點(diǎn):①隨配骨指標(biāo)ρ的增加,試件的極限承載力也增加,對(duì)應(yīng)的峰值應(yīng)變也相應(yīng)較大。②配骨指標(biāo)ρ增大,試件彈性工作階段對(duì)應(yīng)的斜率增大,說(shuō)明試件的剛度有所增加。③隨配骨指標(biāo)ρ的增大,荷載-應(yīng)變曲線的下降段越來(lái)越平緩,說(shuō)明試件的延性有所提高。

      圖6所示為受套箍系數(shù)θ影響的荷載-應(yīng)變曲線。由圖6可知,套箍系數(shù)θ越大,鋼管對(duì)核心混凝土柱的約束效應(yīng)越強(qiáng),試件的極限承載力越大,試件的延性越好,試件荷載-應(yīng)變曲線的下降段越平緩,下降越緩慢。

      圖4 荷載-位移典型曲線圖

      圖5 受配骨指標(biāo)ρ影響的荷載-應(yīng)變曲線

      圖6 受套箍系數(shù)θ影響的荷載-應(yīng)變曲線

      通過(guò)上述分析,發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土柱與鋼骨-鋼管混凝土柱相比,其極限承載力較低。

      4 結(jié) 論

      1)鋼骨-T型鋼管混凝土柱破壞形態(tài)包括局部屈曲破壞、剪切型破壞和角部開裂破壞。

      2)試件工作階段分為彈性階段、彈塑性階段和破壞階段,并表現(xiàn)出一定的彈塑性性能。

      3)增大套箍系數(shù),可以增加鋼管對(duì)核心混凝土的約束作用,提高試件的極限承載力和延性;增大配骨指標(biāo)可以減少管壁局部屈曲的發(fā)生,提高試件的剛度和極限承載力,延性也有所增加。

      [1]杜國(guó)鋒,徐禮華,徐浩然,等 .鋼管混凝土組合T形短柱軸壓力學(xué)性能研究 [J].西安建筑科技大學(xué)學(xué)報(bào),2008,40(4):549-555.

      [2]GB/T228-2002,金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)方法 [S].

      [3]GB/T50081-2002,普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) [S].

      [4]GB500172-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 [S].

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