T形鋼管混凝土柱軸心受壓穩(wěn)定承載性能研究

雷　敏， 沈祖炎， 李元齊， 羅金輝

(1.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031；2.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092；3.同濟(jì)大學(xué) 土木工程國家防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

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T形鋼管混凝土柱軸心受壓穩(wěn)定承載性能研究

雷敏1,2， 沈祖炎2,3， 李元齊2,3， 羅金輝2

(1.西南交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，四川 成都 610031；2.同濟(jì)大學(xué) 土木工程學(xué)院，上海 200092；3.同濟(jì)大學(xué) 土木工程國家防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200092)

摘要：基于9根T形鋼管混凝土中長柱的單向、雙向偏心受壓試驗(yàn)的結(jié)果，建立了T形鋼管混凝土柱用于纖維模型程序分析其承載力的本構(gòu)模型.在驗(yàn)證纖維模型程序合理性的基礎(chǔ)上，對T形鋼管混凝土柱軸壓穩(wěn)定性能進(jìn)行了參數(shù)研究.研究參數(shù)包括：鋼材屈服強(qiáng)度、混凝土抗壓強(qiáng)度、管壁寬厚比、截面肢寬厚比、長細(xì)比以及加載角度.理論結(jié)果表明： 長細(xì)比是影響T形鋼管混凝土柱軸壓穩(wěn)定承載力的主要因素，混凝土工作承擔(dān)系數(shù)和加載角度也對鋼管混凝土柱的承載力有一定影響.纖維模型計(jì)算的柱子曲線與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的a, b, c, d類曲線之間的比較表明：不同參數(shù)截面的T形鋼管混凝土柱的柱子曲線會在一個(gè)較寬帶寬范圍內(nèi)變化.最后，在大量參數(shù)分析基礎(chǔ)上，考慮長細(xì)比和混凝土工作承擔(dān)系數(shù)的影響，提出了T形鋼管混凝土軸壓柱的穩(wěn)定承載力系數(shù)的實(shí)用計(jì)算方法.理論公式計(jì)算結(jié)果與已有試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，可為工程設(shè)計(jì)提供理論參考.

關(guān)鍵詞：T形鋼管混凝土柱；軸壓；長細(xì)比；混凝土工作承擔(dān)系數(shù)；穩(wěn)定承載力系數(shù)；穩(wěn)定承載力

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有承載能力高、抗震抗性能優(yōu)越、施工方便、耐火性能好等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域.鋼筋混凝土異形柱結(jié)構(gòu)避免了柱子凸棱問題，具有提高建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部空間利用率、滿足建筑室內(nèi)空間美學(xué)要求、節(jié)約資源等優(yōu)點(diǎn).異形鋼管混凝土柱結(jié)合了鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土異形柱的許多優(yōu)點(diǎn)，在未來小高層建筑中有著廣闊的應(yīng)用前景，目前國內(nèi)一些學(xué)者已開始關(guān)注其力學(xué)性能研究[1-14]，但對異形鋼管混凝土中長柱的承載性能研究較少.實(shí)際工程中，構(gòu)件以中長柱居多，目前僅林震宇[2]、雷敏[12]對L形、T形鋼管混凝土中長柱的單向及雙向偏壓力學(xué)性能進(jìn)行了研究，徐禮華[13]，屠永清[14]分別對矩形鋼管混凝土組合焊接T形柱、多室鋼管混凝土T形柱的軸壓穩(wěn)定承載力進(jìn)行了研究.完善冷成型工藝可使異形鋼管一次成型，方便施工，減小異形鋼管因?yàn)楹附雍蛷澱奂庸さ纳a(chǎn)成本.本課題對普通構(gòu)造T形鋼管混凝土軸壓短柱、偏壓中長柱的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)調(diào)查，在此基礎(chǔ)上對其軸壓截面強(qiáng)度、軸壓穩(wěn)定、單向偏壓強(qiáng)度、單向偏壓穩(wěn)定、雙向偏壓性能進(jìn)行了理論分析.本文為其中的軸壓穩(wěn)定承載性能研究，包括在軸壓試驗(yàn)研究[12]的基礎(chǔ)上，考慮有效約束分區(qū)，對文獻(xiàn)[15]提出的適用于方鋼管和矩形鋼管混凝土柱的核心混凝土本構(gòu)模型進(jìn)行了修正，提出了適用于纖維計(jì)算模型程序分析的普通T形鋼管混凝土柱核心混凝土本構(gòu)模型；在偏壓試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了纖維模型程序?qū)ζ浞治鼋Y(jié)果合理性的基礎(chǔ)上，采用纖維模型程序?qū)形鋼管混凝土柱的軸壓穩(wěn)定承載力展開了參數(shù)研究，對比了該類柱的柱子曲線與我國鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范[16]的a, b, c, d四類曲線的差別，并提出了T形鋼管混凝土中長柱穩(wěn)定承載力的理論計(jì)算公式，以供工程設(shè)計(jì)應(yīng)用參考.

1纖維模型

實(shí)際工程中的軸心受壓柱因存在初彎曲、荷載初偏心等幾何或力學(xué)缺陷而實(shí)際上都是偏心受壓柱.因此對軸壓長柱承載力的研究都是考慮了初始缺陷后按偏壓柱對待[16-18].我國現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范對軸壓長柱承載力的計(jì)算考慮了千分之一桿長的初撓度和不同模式殘余應(yīng)力的影響.對于軸壓焊接空鋼管柱，在外荷載作用下，殘余壓應(yīng)力的存在使壓應(yīng)力區(qū)提前屈服，截面中和軸偏移，同時(shí)抗彎剛度降低，導(dǎo)致構(gòu)件的穩(wěn)定承載力降低；對于軸心受壓鋼管混凝土柱，文獻(xiàn)[15, 18]的研究認(rèn)為，由于管內(nèi)大面積核心混凝土的存在，殘余應(yīng)力對軸壓穩(wěn)定承載性能的影響可以忽略，可按有千分之一桿長初撓度的偏壓柱對待.由于T形鋼管截面相對矩形鋼管截面較為復(fù)雜，目前還未見其殘余應(yīng)力分布的相關(guān)文獻(xiàn)，本文在分析T形鋼管混凝土中長柱軸壓承載力時(shí)，與方鋼管混凝土柱類似，構(gòu)件的初始缺陷考慮千分之一桿長的初撓度，忽略殘余應(yīng)力的影響，采用自編的纖維模型程序，按照計(jì)算壓彎構(gòu)件的方法進(jìn)行計(jì)算.構(gòu)件加載方向、單元劃分如圖1所示.圖中B，H分別為截面肢寬，肢高：hj,bw為截面肢厚(bw=hf);b1,b2為冀緣外伸寬度(b1=b2);P為軸力；ex,ey分別為x向，y向偏心距；φx,φy分別為x向，y向曲率；εo為形心應(yīng)變，xi,yi為在一單元形心至截面形心的距離，εxi,εyi分別為曲率φy,φx對應(yīng)的單元應(yīng)變.

a 荷載用點(diǎn)及應(yīng)變分布

b 鋼管單元劃分

c 混凝土單元劃分

1.1基本假定

(1)

式中：ε為混凝土壓應(yīng)變；εo為考慮約束效應(yīng)后混凝土的峰值壓應(yīng)變；σ為混凝土的壓應(yīng)力；fc0為考慮約束效應(yīng)后混凝土的峰值壓應(yīng)力；fc為混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度；ξeq為等效約束效應(yīng)系數(shù)；η與βo為系數(shù).

根據(jù)文獻(xiàn)[12]對T形鋼管混凝土軸壓短柱的試驗(yàn)研究及理論分析，其截面的寬面、陰角為弱約束區(qū)，陽角為強(qiáng)約束區(qū)，因此約束分區(qū)簡化如圖2所示，Ⅰ, Ⅱ, Ⅳ區(qū)分的約束系數(shù)ξI，ξII，ξIV分別相應(yīng)于邊長為B,hf,bw的方形鋼管混凝土柱的約束效應(yīng)系數(shù)，對于第Ⅲ分區(qū)，陰角鋼管對混凝土無約束作用，取ξIII=0,ξeq=∑ξiAi/∑Ai.

圖2　T形鋼管混凝土柱約束分區(qū)

1.2數(shù)值積分

利用纖維模型法可有效地對偏壓試件進(jìn)行全過程分析.外荷載作用下，構(gòu)件在兩個(gè)主平面xoz，yoz內(nèi)發(fā)生撓曲變形時(shí)跨中截面的最大撓度為ux，uy, 相應(yīng)的撓曲方程為：x=uxsin(πz/l),y=uysin(πz/l).跨中截面兩個(gè)方向的曲率為φx=uyπ2/l2,φy=uxπ2/l2.截面上任一點(diǎn)的應(yīng)變εi=ε0+xiφy+yiφx, 鋼管應(yīng)力σsi=fs(εi), 混凝土應(yīng)力σci=fc(εi).通過疊加和對形心取矩可以得到截面的內(nèi)力Nin,Minx,Miny.截面的平衡條件為：軸力Nin=N; 彎矩：Minx=Mx+Nuy,Miny=My+Nux. 其中，N,Mx,My為構(gòu)件所能承擔(dān)的軸力，x向彎矩，y向彎矩.計(jì)算時(shí)首先假定x向某一級曲率φx，然后調(diào)整y向曲率φy和形心應(yīng)變ε0，使構(gòu)件跨中截面滿足平衡條件，即可求出某一級x向曲率下的軸力N和彎矩Mx,My以及跨中截面的撓度ux，uy.然后增加x向曲率φx，重復(fù)上述過程，即可求出構(gòu)件受到外荷載后的整個(gè)荷載變形曲線.若構(gòu)件長度l取為零，則由構(gòu)件的承載力分析轉(zhuǎn)化為截面的強(qiáng)度分析.

高等職業(yè)院校教師應(yīng)該將傳統(tǒng)的決策者、宣講者、灌輸者的角色轉(zhuǎn)化為教育教學(xué)中的引導(dǎo)者、主導(dǎo)者上來，要利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和信息平臺主動服務(wù)于高等職業(yè)院校教學(xué)實(shí)際，為學(xué)生建立起高效率、高質(zhì)量學(xué)習(xí)和建構(gòu)的情景，將教師決定作用和評價(jià)者功能進(jìn)一步弱化，將高等職業(yè)院校教育教學(xué)價(jià)值目標(biāo)更多地放在為學(xué)生學(xué)習(xí)、提升和發(fā)展服務(wù)環(huán)節(jié)之上，讓學(xué)生獲得教師全面評價(jià)、科學(xué)引導(dǎo)和系統(tǒng)支持，形成適于高等職業(yè)院校教育實(shí)際的師生關(guān)系，更為順暢地搭建起高等職業(yè)院校教育教學(xué)中良好互動的載體和平臺。

1.3模型合理性驗(yàn)證

課題[12]完成了柱子兩端鉸接的T形鋼管混凝土柱的偏壓試驗(yàn)，主要參數(shù)為：截面尺寸(截面肢寬厚比、管壁寬厚比)、兩方向偏心距、構(gòu)件長度(長細(xì)比).由于T形截面自身變化復(fù)雜，課題[12] 及本文主要研究T形截面翼緣寬度與腹板方向總高度相同的T形鋼管混凝土柱，其截面形式見圖1.課題[12]的試件參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果見表1.本文采用纖維模型程序?qū)φn題的偏壓試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算的荷載-側(cè)向撓度曲線與試驗(yàn)曲線對比見圖3，圖中的D9, D10(Y向)和D11, D12(X向)分別為布置在柱子跨中截面，在形心主軸y軸和x軸兩側(cè)等距同方向的兩個(gè)位移計(jì).從圖3可以看出，采用本文的材料本構(gòu)模型和纖維模型程序能夠較好地預(yù)測試件的受力變形過程(包括曲線上升段的剛度、峰值荷載、峰值荷載后承載力的下降趨勢、中性軸的轉(zhuǎn)動等).表1給出的各試件承載力的纖維模型程序計(jì)算值與試驗(yàn)值的比較表明：Nuc/Nue(Nue為試件的峰值荷載，Nuc為纖維模型程序計(jì)算的峰值荷載)的平均值為0.970，標(biāo)準(zhǔn)差為0.0336，計(jì)算結(jié)果良好，且偏于安全，因此該纖維模型程序可用于T形鋼管混凝土柱的偏壓承載力計(jì)算.由于實(shí)際的軸壓長柱可按偏壓柱分析，因此本文也采用該纖維模型程序分析軸壓中長柱的承載性能.

2理論分析

在驗(yàn)證纖維模型合理性的基礎(chǔ)上，圖4給出了截面為T3008fy345C40(構(gòu)件截面表示：高度H和寬度B均為300 mm，肢厚hf和bw統(tǒng)一默認(rèn)為100 mm，b1和b2相同，t為8 mm，fy為345 MPa，fcu為40 MPa的T形截面構(gòu)件，以下截面表述類似)不同長細(xì)比構(gòu)件的軸向壓力N和截面平均縱向應(yīng)變ε的關(guān)系曲線.由圖4可見，長細(xì)比λ對T形鋼管混凝土軸心受壓構(gòu)件的臨界力的大小影響明顯，λ越小，臨界力越大，極限變形也越大；反之，λ越大，臨界力越小，極限變形也越小.在本算例中，當(dāng)λ≤46時(shí)，受壓區(qū)鋼管達(dá)到屈服強(qiáng)度，構(gòu)件的N-ε關(guān)系曲線在彈塑性階段達(dá)到臨界狀態(tài)；當(dāng)λ>46時(shí)，構(gòu)件的N-ε關(guān)系曲線在彈性階段達(dá)到臨界狀態(tài).構(gòu)件的長細(xì)比λ及正則化長細(xì)比λn參照文獻(xiàn)[19]定義為λ=l0/[(Is+IcEc/Es)/(As+Acfck/fy)]1/2，λn=(λ/π)(fy/Es)1/2；其中,Is,Ic分別是鋼管和混凝土對截面主軸的慣性矩；As,Ac分別是鋼管和混凝土的截面面積；Es是鋼材的彈性模量，取2.06×105MPa；Ec是混凝土的彈性模量，按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50010-2002計(jì)算：Ec=105/(2.2+34.7/fcuk) (MPa),fcuk

表1　試件參數(shù)及試驗(yàn)結(jié)果

注：bf-hf-bw-hw-t為試件幾何尺寸，見圖1；ex和ey為x和y向偏心距；L為試件長度；fcu為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度；fy為鋼材屈服強(qiáng)度.

a 試件T1

b 試件T2

c試件T3

d 試件T4

e 試件T5

f 試件T6

g 試件T7

h 試件T8

i 試件T9

圖4　構(gòu)件荷載—軸向應(yīng)變關(guān)系曲線

為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；fck為混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；fy是鋼材的屈服強(qiáng)度.

T形鋼管混凝土中長柱的軸壓臨界荷載為

(2)

式中：φ為穩(wěn)定系數(shù);Nmax為短柱的強(qiáng)度承載力， 基于短柱試驗(yàn)結(jié)果及有限元分析結(jié)果[12]，建議

(3)

T形鋼管混凝土柱為單軸對稱截面組合構(gòu)件，同時(shí)混凝土材料抗拉、抗壓性能差異較大，當(dāng)構(gòu)件承

受軸力和彎矩?fù)锨鷷r(shí)，除了撓曲平面與對稱軸所在的主平面重合時(shí)為單向偏心受壓外，其余情況均為雙向偏心受壓.對T形鋼管混凝土構(gòu)件的穩(wěn)定承載力進(jìn)行了參數(shù)分析，考慮的主要因素有：構(gòu)件長細(xì)比λ(0-200)、管壁寬厚比B/t(30，37.5，50)、混凝土抗壓強(qiáng)度fcu(C30-C60)、鋼材屈服強(qiáng)度fy(235 MPa，345 MPa，390 MPa)、截面肢寬厚比B/hf(2.5，3，4)、加載角度(-90°，0°，90°).

從圖5可以看出，隨著鋼材屈服強(qiáng)度的提高、混凝土強(qiáng)度的降低，相同正則化長細(xì)比條件下，在構(gòu)件發(fā)生彈塑性失穩(wěn)階段，穩(wěn)定承載力增大；在構(gòu)件發(fā)生彈性失穩(wěn)時(shí)，承載力的大小主要與截面性質(zhì)及正則化長細(xì)比有關(guān)，不受鋼材屈服強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度的影響.在相同正則化長細(xì)比條件下，鋼管管壁厚度的增加，試件的穩(wěn)定承載力增加甚微，基本可以忽略.這與陶忠[18]對方鋼管混凝土柱穩(wěn)定承載力分析的結(jié)論是一致的.上述現(xiàn)象的原因在于，混凝土的應(yīng)力應(yīng)變曲線在上升段是非線性的，而且其增長率小于鋼材應(yīng)力的增長率，因而同樣的截面大小，鋼的貢獻(xiàn)越大(混凝土工作承擔(dān)系數(shù)越小)，彈塑性失穩(wěn)時(shí)穩(wěn)定承載力越高.

a 鋼材強(qiáng)度

b 混凝土強(qiáng)度

c 管壁厚度

不同于方鋼管混凝土柱，T形鋼管混凝土柱撓曲方向不同時(shí)，截面上相同位置的混凝土的應(yīng)力狀況不同，從而導(dǎo)致混凝土對受壓承載的貢獻(xiàn)不同.從圖6可以看出，撓曲方向不同，T形鋼管混凝土柱的軸壓穩(wěn)定承載力有一定的差別，沿y軸正向撓曲時(shí)，穩(wěn)定承載力比沿其它兩個(gè)方向撓曲時(shí)較小，主要是由于沿y軸正向撓曲時(shí)，腹板是最大受壓區(qū)，翼緣是最小受壓區(qū)，翼緣大部分區(qū)域與腹板區(qū)域相比其混凝土壓應(yīng)力相對較小，從而穩(wěn)定承載力相對較小.從圖6a，圖6b和圖6c的比較可以看出，隨著混凝土承擔(dān)工作系數(shù)的降低，三個(gè)方向撓曲時(shí)的穩(wěn)定承載力差別逐漸減小.

圖7給出了T形鋼管混凝土柱分別沿三個(gè)方向彎曲時(shí)，不同截面肢寬厚比對軸心受壓長柱穩(wěn)定承載力的影響.可以看出在構(gòu)件混凝土工作承擔(dān)系數(shù)相近的情況下(αc=0.36，0.37，0.34)，截面肢寬厚比對穩(wěn)定系數(shù)幾乎無影響.

圖8給出了不同參數(shù)截面構(gòu)件軸壓穩(wěn)定承載力系數(shù)曲線與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范柱子曲線(a，b，c，d類)的比較.不同參數(shù)截面的T形鋼管混凝土柱的軸壓穩(wěn)定承載力系數(shù)曲線并不是固定在某一類曲線的附近.而是在一個(gè)較寬的帶寬范圍內(nèi)變化.

以上分析表明，影響T形鋼管混凝土柱軸壓穩(wěn)定承載力的主要因素是長細(xì)比，同時(shí)混凝土工作承擔(dān)系數(shù)和撓曲方向?qū)ζ溆幸欢ㄓ绊?，由于三個(gè)方向的穩(wěn)定承載力系數(shù)φ差別不大，為了工程應(yīng)用簡便，將三個(gè)方向合并考慮.對影響穩(wěn)定承載力系數(shù)的上述因素進(jìn)行了全參數(shù)組合設(shè)計(jì)，在對324種T形截面鋼管混凝土柱分別在長細(xì)比為0～200范圍內(nèi)進(jìn)行了軸壓穩(wěn)定承載力分析的基礎(chǔ)上，參考鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范中穩(wěn)定系數(shù)的相關(guān)公式，對圖5～圖8所示的類似曲線(總計(jì)324條)進(jìn)行了非線性擬和， T形鋼管混凝土軸壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)φ可以按式(4)進(jìn)行計(jì)算，即

a αc=0.53

b αc=0.29

c αc=0.28

a 沿y軸正向撓曲

b 沿y軸負(fù)向撓曲

c 沿x軸撓曲

(4)

a 沿y軸負(fù)向撓曲

b 沿y軸正向撓曲

c 沿x軸撓曲

a 沿y軸正向撓曲

b 沿y軸負(fù)向撓曲

c 沿x軸撓曲

參數(shù)k1k2k3m1m2m3取值-0.126910.096220.933610.476110.2020150.24224

式(2)～式(4)的適用范圍為：混凝土工作承擔(dān)系數(shù)αc為0.122 8～0.571 5；長細(xì)比λ為0～120.在上述適用范圍內(nèi)，簡化計(jì)算公式與纖維模型計(jì)算結(jié)果比值的平均值為0.993 6；標(biāo)準(zhǔn)差為0.031 93；變異系數(shù)為0.032 14.圖9給出了采用簡化計(jì)算公式與纖維模型程序計(jì)算試件3008fy345C40穩(wěn)定承載力系數(shù)的對比情況，可以看出，沿三個(gè)方向撓曲時(shí)，簡化計(jì)算公式的計(jì)算結(jié)果與纖維模型程序的分析結(jié)果均能較好吻合.

圖10給出了文獻(xiàn)[14]試件的試驗(yàn)結(jié)果與式(4)的計(jì)算值的比較(說明，文獻(xiàn)[14]三種截面試件的混凝土工作承擔(dān)系數(shù)分別為0.354，0.363，0.377，基本相近，三者的λ-φ曲線基本重合)；從圖10可見，式(4)的計(jì)算值與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好.式(4)的計(jì)算值與試驗(yàn)值之比的平均值為0.995，均方差0.024.這說明按式(4)能夠很好預(yù)測T形鋼管混凝土柱的穩(wěn)定承載力，可供工程設(shè)計(jì)參考.

圖10　試驗(yàn)值與簡化公式計(jì)算比較

Fig.10Comparison of test results and the values predicted by simplified formula

3結(jié)論

根據(jù)研究可以得到以下結(jié)論：

(1) 考慮不等邊鋼管對混凝土約束效應(yīng)的差別，以及普通構(gòu)造T形鋼管混凝土截面陰角鋼管對混凝土不產(chǎn)生約束，以等效約束效應(yīng)系數(shù)為基本參數(shù)，提出了普通構(gòu)造T形鋼管混凝土柱核心混凝土的單軸應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系模型.

(2) 編制的纖維模型程序能夠較好地預(yù)測T形鋼管混凝土構(gòu)件的受力變形過程，纖維模型程序計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，該程序可以用于T形鋼管混凝土柱的承載力計(jì)算分析.

(3) 對T形鋼管混凝土軸壓構(gòu)件的穩(wěn)定承載力進(jìn)行了參數(shù)分析，并與現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范柱子曲線進(jìn)行了比較，不同參數(shù)的T形鋼管混凝土柱的柱子曲線會在一個(gè)較寬的帶寬范圍內(nèi)變化，影響軸壓穩(wěn)定承載力系數(shù)的主要因素是長細(xì)比.長細(xì)比越小，軸壓穩(wěn)定承載力系數(shù)越大，極限荷載時(shí)構(gòu)件截面平均軸向應(yīng)變越大.同時(shí)混凝土工作承擔(dān)系數(shù)和彎曲方向?qū)Ψ€(wěn)定承載力系數(shù)在一定程度上也有影響.

(4) 以長細(xì)比、混凝土工作承擔(dān)系數(shù)為影響參數(shù)，提出了T形鋼管混凝土軸壓構(gòu)件穩(wěn)定承載力系數(shù)的計(jì)算方法，理論公式計(jì)算結(jié)果與纖維模型分析結(jié)果、試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，可供工程設(shè)計(jì)參考.

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Behavior of Concrete-filled T-shaped Steel Tube Intermediate Long Columns Subjected to Axial Loading

LEI Min1,2, SHEN Zuyan2,3, LI Yuanqi2,3, LUO Jinhui2

(1. School of Civil Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China; 2. College of Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China; 3. State Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)

Abstract：A fiber element analysis method was proposed and verified according to the experimental results of 9 concrete-filled T-shaped steel tube (CFTST) columns subjected to uniaxial eccentric loading or biaxial eccentric loading. The behavior of concrete-filled T-shaped steel tube intermediate long columns subjected to axial loading was investigated. The parameters in the analysis included the yield strength of steel, the compressive strength of concrete, the depth to thickness ratio of steel plate, the cross sectional depth to width ratio, the slenderness ratio of the specimens, and the angle of the loading. The results of theoretical analysis show that the load-carrying capacities of the CFTST columns under axial load were obviously influenced by the slenderness ratio of the specimens and to some extent the load ratio carried by core concrete and the load angle. A comparative study of the normalized slenderness ratio vs. stability reduction ratio curves of the CFTST columns (λn-φ) predicted by the fiber element analysis method and Code for Design of Steel Structures in China shows that the curves with different section parameters wave in a larger range. Finally, based on the extensive parametric analyses, the simplified calculation method of normalized slenderness ratio vs. stability reduction ratio curves (λn-φ) was proposed with a considerction of the effect of the slenderness ratio and the load ratio carried by core concrete. Good agreements between the values predicted by the simplified calculation method and the experiment results were achieved, and the simplified calculation method may be referred for practical engineering design.

Key words：concrete-filled T-shaped steel tube columns; axial load; slenderness ratio; load ratio carried by core concrete; stability reduction ratio; load-carrying capacity of stability

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

中圖分類號：TU318.1；TU392.3

通訊作者：李元齊(1971—)，男，教授，工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)榇罂缃Y(jié)構(gòu)抗風(fēng)及冷彎型鋼結(jié)構(gòu). E-mail：liyq@#edu.cn

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金(51208375)；上海市博士后基金(12R21415900)

收稿日期：2015—03—25

第一作者： 雷敏(1977—)，男，工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)榻M合結(jié)構(gòu). E-mail：leimin77@163.com