鋼管混凝土空心短柱軸壓承載力研究

1、鋼管混凝土空心柱軸壓承載力研究張三１（1.西南科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，四川綿陽621010）[摘要]運(yùn)用統(tǒng)一強(qiáng)度理論，考慮鋼管因環(huán)向受拉導(dǎo)致縱向應(yīng)力降低的影響，得出了鋼管混凝土空心長、短柱軸壓極限承載力的計(jì)算公式，并分析了中間主應(yīng)力等因素對極限承載力的影響規(guī)律，極限承載力隨著參數(shù)值的增大而增大。利用本文計(jì)算公式所得結(jié)果與文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，吻合較好，驗(yàn)證了運(yùn)用b統(tǒng)一強(qiáng)度理論進(jìn)行鋼管混凝土空心柱軸壓力學(xué)性能分析的可行性和正確性。[關(guān)

2、鍵詞]統(tǒng)一強(qiáng)度理論鋼管混凝土空心柱軸心受壓承載力0引言鋼管混凝土空心柱由鋼管和混凝土內(nèi)襯組合而成，其截面形式如圖1所示。內(nèi)襯混凝土通常采用離心法澆筑。該種構(gòu)件除具有普通鋼管混凝土承載力高、剛度大、塑性韌性好、抗震性能好等良好的力學(xué)性能外，還具有自身的優(yōu)點(diǎn)：一、自重輕，由于構(gòu)件中心部分的混凝土是抽空的，因而同實(shí)心鋼管混凝土構(gòu)件相比顯著地減輕了重量，從而更便于運(yùn)輸和吊裝；二、可以預(yù)制，該種構(gòu)件可以進(jìn)行大批量的工廠生產(chǎn)，減少現(xiàn)場的作業(yè)，由于是

3、工廠的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，因此混凝土的成型質(zhì)量較好地得到了保證。由于上述優(yōu)點(diǎn)，該種構(gòu)件已被廣泛地應(yīng)用到電塔結(jié)構(gòu)中。國內(nèi)外學(xué)者已對其開展了大量的研究工作，日本MIYAKISATOSH[12]等先后報(bào)道了離心鋼管混凝土短圓管的軸壓測試和圓柱體軸向受力的剪切彎曲測試結(jié)果，分別給出了其抗壓強(qiáng)度和極限抗彎強(qiáng)度的計(jì)算公式，0Shea&Bridge[3]進(jìn)行了短圓形離心鋼管中填以溶劑和高強(qiáng)混凝土的性能試驗(yàn)，蔡紹懷、鐘善桐等先后進(jìn)行了鋼管混凝土空心短柱和長柱的

4、試驗(yàn)研究[47]。本文擬運(yùn)用統(tǒng)一強(qiáng)度理論，考慮鋼管因環(huán)向受拉導(dǎo)致縱向應(yīng)力降低的影響分析鋼管混凝土空心柱的軸壓力學(xué)性能。鋼管混凝土tDd圖1鋼管混凝土空心柱截面示意圖1統(tǒng)一強(qiáng)度理論統(tǒng)一強(qiáng)度理論是1991年俞茂宏從雙剪單元體出發(fā)，考慮應(yīng)力狀態(tài)的所有應(yīng)力分量以及它們對材料屈服和破壞的不同影響，建立的一種全新的統(tǒng)一強(qiáng)度理論和一系列新的典型計(jì)算準(zhǔn)則，它用一個(gè)統(tǒng)一的力學(xué)模型、簡單的統(tǒng)一的數(shù)學(xué)表達(dá)式，可以十分靈活地適用于各種不同特性的材料，其數(shù)學(xué)表達(dá)

5、式為[8]：當(dāng)時(shí)(1a)??tbbF??????????3211????????1312當(dāng)時(shí)(1b)??tbbF???????????32111????????13122鋼管混凝土空心短柱的軸壓承載力2.1鋼管混凝土空心短柱的受力和破壞機(jī)理縮和側(cè)向均勻圍壓的三向受壓應(yīng)力狀態(tài)，即，文獻(xiàn)[9]依據(jù)統(tǒng)一強(qiáng)度理論推得!230??????(9)31cfk????式中：，為混凝土的內(nèi)摩擦角；為混凝土在三向應(yīng)力狀態(tài)下的軸向抗壓強(qiáng)度，用表1sin1si

6、nk??????3?cf示；為混凝土的單軸抗壓強(qiáng)度；為鋼管對混凝土的側(cè)向約束應(yīng)力，用表示。則式(9)可改寫為cf1?p(10)ccffkp??G.G.Meyerhof.N.MHawkins等學(xué)者的試驗(yàn)指出，三向受壓混凝土得出的內(nèi)摩擦角變化范圍為，側(cè)壓力小，內(nèi)摩擦角大，側(cè)壓力大，內(nèi)摩擦角小，相應(yīng)的值在之間變化。鋼管混凝30~50??k1.0~7.0土計(jì)算時(shí)經(jīng)常取，具體值由試驗(yàn)確定。3.0~5.0k?2.3.2混凝土內(nèi)襯的承載力2.4鋼管混

7、凝土空心短柱軸壓承載力統(tǒng)一解鋼管混凝土空心短柱的軸壓承載力由鋼管和混凝土內(nèi)襯共同承擔(dān)，即(13)scNNN??式中：為軸壓承載力，、分別為鋼管和混凝土內(nèi)襯所承受的軸向壓力。將式(8)、(12)代入式(13)，NsNcN整理可得鋼管混凝土空心短柱的軸壓承載力統(tǒng)一解為(14)2220()22()4ycyDdtNbtffkfD??????3鋼管混凝土空心長柱的軸壓承載力對于長柱來說，隨著長細(xì)比的增加，鋼管混凝土空心柱的破壞形態(tài)將由混凝土內(nèi)襯塌

8、落為標(biāo)志的材料破壞逐漸轉(zhuǎn)化為失穩(wěn)破壞，因此，本文參照文獻(xiàn)[10]的思路，引入一個(gè)考慮長細(xì)比影響的承載能力折減系數(shù)來計(jì)算鋼管混凝土空心長柱的軸壓承載力，即l?lN(15)2220()22()4lllycyDdtNNbtffkfD???????????????其中：的表達(dá)式為，。l?10.1154lLD????4計(jì)算公式的驗(yàn)證與分析合理選擇上述公式中的基本參數(shù)對計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性是至關(guān)重要的。這些參數(shù)可以由試驗(yàn)來確定。本文分別采用文獻(xiàn)[4]的