冷彎薄壁型鋼房屋組合鋼管試驗(yàn)研究

楊倩

【摘 要】冷彎薄壁型鋼組合墻體在自攻螺釘失效后，墻體面板失去蒙皮作用，組合墻體承載性能迅速消失，因此有必要對龍骨進(jìn)行加強(qiáng)，提高其面板失效后的力學(xué)性能。本文對不同填充材料的薄壁組合鋼管抗彎試驗(yàn)對比，為冷彎薄壁型鋼組合墻體龍骨的選擇提供相應(yīng)工程參考。

【關(guān)鍵詞】填充薄壁鋼管；壓彎構(gòu)件；承載力

0 引言

我國是一個地震多發(fā)國，近幾年更是地震頻發(fā)，建筑抗震已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師越來越重視的問題，更抗震的建筑材料也逐漸被人們青睞。單一的木質(zhì)結(jié)構(gòu)雖然承載力高抗震性能好，但耐火性極差，易腐朽蟲蛀，我國木結(jié)構(gòu)材料主要依賴國外進(jìn)口，造價高。另一方面，國內(nèi)住宅主要以多層、高層為主，木結(jié)構(gòu)住宅難有大規(guī)模發(fā)展[1]。單一的鋼結(jié)構(gòu)雖然，具有設(shè)計(jì)制造周期短、設(shè)計(jì)生產(chǎn)一體化、抗震性能優(yōu)越、建筑空間布置靈活、有效使用面積大、綜合經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)[2-3]，但管壁空鋼管承載力低，用壁厚的鋼管又不經(jīng)濟(jì)。

將不同材料按最佳幾何尺寸制作成型，使每種材料在所處的特定位置發(fā)揮其各自的長處，這種結(jié)構(gòu)稱為組合結(jié)構(gòu)，組成的單根構(gòu)件稱為組合構(gòu)件，組成的結(jié)構(gòu)物，稱為組合結(jié)構(gòu)（Composite structures）[4]。因此，本文考慮將鋼材與其他材料兩者結(jié)合起來，使用廢棄木頭和塑料壓縮后填充到薄壁空鋼管中，讓兩者協(xié)同工作。使用廢棄木頭壓縮和廢塑料壓縮不僅節(jié)能環(huán)保，更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用，還能使該組合結(jié)構(gòu)比薄壁空鋼管承載力有所提高，組合結(jié)構(gòu)的耐火性也能得到改善。如果能得到廣泛應(yīng)用，會比單一的建筑材料更經(jīng)濟(jì)環(huán)保。

1 試件設(shè)計(jì)及試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)所需鋼管按照表1中數(shù)據(jù)加工，為了得到各種鋼管材料的力學(xué)性能，在試驗(yàn)前進(jìn)行了金屬材料的拉伸試驗(yàn)，試驗(yàn)按照《金屬拉伸試驗(yàn)試樣》（GB6397-86）取樣。方鋼管取矩形試樣，鋼管的端部在車床上刨平，并嚴(yán)格控制方鋼管長度。因?yàn)楣鼙谳^薄，在焊接時避免滿焊而采用點(diǎn)焊的焊接方式，但焊點(diǎn)不能過少，以保證一定的穩(wěn)定性。試件如表1所示。

試驗(yàn)在西南科技大學(xué)結(jié)構(gòu)與力學(xué)實(shí)驗(yàn)室MTS機(jī)上進(jìn)行。在試件中部施加集中力，通過位移計(jì)及應(yīng)變片分別測試試件水平位移及應(yīng)變。整個試驗(yàn)裝置如圖1所示。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)破壞現(xiàn)象

通過9個試件的測試發(fā)現(xiàn)，試件的破壞形態(tài)基本上一致，均為壓彎破壞?？珍摴苤胁壳F(xiàn)象明顯，且失效過程迅速，承載力較低，如圖2所示。填充廢壓縮木料和壓縮塑料的構(gòu)件中部僅有微小變形，承載力較空鋼管高，如圖3所示?？珍摴苤胁考皟啥素Q直位移距離明顯大于填充組合方鋼管。

2.2 試件承載力理論計(jì)算[5-7]

因目前沒有對于填充木材及壓縮塑料方鋼管的理論計(jì)算方法，因此計(jì)算參照方鋼管混凝土理論計(jì)算方法。

（1）LRFD、AIJ規(guī)范

LRFD和AIJ規(guī)范在計(jì)算方鋼管混凝土純彎構(gòu)件承載力式忽略了混凝土對構(gòu)件抗彎能力的貢獻(xiàn)，僅考慮鋼管的作用，采用如下計(jì)算公式：

M■=Zf■

式中Z 為鋼管截面塑性抵抗矩。

（2）EC4規(guī)范

EC4規(guī)范按下式計(jì)算純彎構(gòu)件承載力：（下轉(zhuǎn)第51頁）

（上接第28頁）M■=f■■/■+Bt（t+d■）

式中d■為截面中和軸距受壓區(qū)邊緣距離，

d■=■

其中，ρ=0.6f■/f■。

（3）GJB規(guī)程

我國GJB規(guī)程采用如下方法計(jì)算方鋼管混凝土純彎構(gòu)件承載力：

M■=γ■W■f■

式中γ■為抗彎承載力計(jì)算系數(shù)，γ■=-0.2428ξ+1.4103■，W■為構(gòu)件截面抗彎模量，W■=B■/6。

3 結(jié)論

（1）填充壓縮木方及填充壓縮塑料后的方鋼管比空鋼管抗彎性能有所增強(qiáng)，集中荷載下承載力上升。

（2）從塑性角度來看，填充壓縮塑料及壓縮木材的組合鋼管較空鋼管更適合應(yīng)用于工程實(shí)際。

【參考文獻(xiàn)】

[1]董凌.工業(yè)化住宅簡述從結(jié)構(gòu)材料和結(jié)構(gòu)類的發(fā)展探討中國工業(yè)化住宅發(fā)展之路[J].建筑前沿，2010.

[2]張愛林，劉學(xué)春.工業(yè)化裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)建筑探究（一）[N].中國建設(shè)報，2012 -11-27（008）.

[3]張愛林，劉學(xué)春.工業(yè)化裝配式高層鋼結(jié)構(gòu)建筑探究（二）[N].中國建設(shè)報，2012 -12-27（008） .

[4]安棟.方鋼管混凝土共同工作性能研究[D].天津大學(xué)，2006.2001.2.20-21.

[5]Weizi Zhang，Bahram M. Shahrooz. Comparison between ACI and AISC for Concrete-Filled Tubular Columns ， Journal of Structural Engineering， 1999， 125（11）： 1213-1223[Z].

[6]Composite Structures / European Convention for Constructional Steelwork. London， New York， Construction Press，1981[Z].

[7]日本建筑學(xué)會.鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)及解說[M].馮乃謙，等，譯.北京：原子能出版社，1998.

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