朱　艷

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司企劃部，山西 大同　037003)

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置換系數(shù)對(duì)鋼管混凝土疊合柱壓彎性能的影響

朱艷

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司企劃部，山西 大同037003)

設(shè)計(jì)了4個(gè)除置換系數(shù)外其他參數(shù)均一致的鋼管混凝土疊合柱試件，通過(guò)偏心受壓試驗(yàn)，研究試件從加載到混凝土壓碎的全過(guò)程，并記錄分析了其破壞現(xiàn)狀，結(jié)合測(cè)得的各試件極限承載力，分析了置換系數(shù)對(duì)鋼管混凝土疊合柱在偏心荷載作用下的壓彎性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明，置換系數(shù)可提高構(gòu)件承載力，但提高幅度不大。

鋼管混凝土疊合柱，置換系數(shù)，偏心受壓試驗(yàn),極限承載力

鋼管混凝土疊合柱[1-5]是由截面中部的鋼管混凝土和鋼管外鋼筋混凝土組成的一種疊合構(gòu)件，其具有抗剪承載力高、延性好及易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)剪弱彎的優(yōu)良特性?；谇笆鲅芯浚疚墓苍O(shè)計(jì)4個(gè)矩形截面的鋼管混凝土疊合柱(編號(hào)分別為Z1，Z2，Z3，Z4)進(jìn)行偏心受壓試驗(yàn)研究，通過(guò)實(shí)踐觀察上述構(gòu)件的破壞形態(tài)，及依據(jù)所測(cè)得的極限承載力進(jìn)一步獲得在其余參數(shù)均一致的情況下，置換系數(shù)(鋼管外徑與柱截面寬度的比值)對(duì)鋼管混凝土疊合構(gòu)件壓彎性能的影響。

1　試驗(yàn)概況及材料性能試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)及材料性能試驗(yàn)

本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4個(gè)矩形截面鋼管混凝土疊合柱試件，詳細(xì)參數(shù)見表1。

表1　試件參數(shù)

混凝土材料性能試驗(yàn)結(jié)果詳見表2。本試驗(yàn)的鋼管采用無(wú)縫鋼管，縱筋和箍筋均采用HPB235，鋼材材料性能試驗(yàn)結(jié)果詳見表3。

表2　混凝土材料性能試驗(yàn)結(jié)果　MPa

表3　鋼材材料性能試驗(yàn)結(jié)果

混凝土構(gòu)件在自然養(yǎng)護(hù)完成后，在試件表面畫出定位軸線，為后續(xù)貼應(yīng)變片做準(zhǔn)備。為測(cè)得鋼管、縱筋和混凝土材料的應(yīng)變及加載過(guò)程中的應(yīng)力變化，共粘貼22個(gè)應(yīng)變片，應(yīng)變片粘貼布置示意圖見圖1。

1.2試驗(yàn)加載方案

本試驗(yàn)加載裝置采用長(zhǎng)春試驗(yàn)機(jī)有限公司生產(chǎn)的YAW-5000型5 000 kN大型壓力試驗(yàn)機(jī)。試件加載方式為刀鉸加載。加載裝置尺寸示意圖見圖2。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1試件極限承載力的測(cè)定

采用上述壓力加載裝置，在其余參數(shù)均相同的情況下，研究置換系數(shù)對(duì)鋼管混凝土疊合柱的壓彎性能的影響，經(jīng)試驗(yàn)可知，Z1，Z2，Z3，Z4試件的極限承載力，見表4。

表4　Z1，Z2，Z3，Z4試件的極限承載力　kN

2.2試驗(yàn)過(guò)程現(xiàn)狀描述

經(jīng)試驗(yàn)過(guò)程中的仔細(xì)觀察和數(shù)據(jù)記錄，試件Z1～Z4的加載破壞過(guò)程如下：

試件Z1：試件初期準(zhǔn)備工作完成后開始加載，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀察，當(dāng)荷載加載到48 kN時(shí)，該構(gòu)件跨中附近出現(xiàn)一條橫向裂縫，繼續(xù)加大荷載，橫向裂縫擴(kuò)展并伴隨著新的橫向裂縫出現(xiàn)，當(dāng)荷載加載到475 kN時(shí)，該構(gòu)件受壓區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫，當(dāng)加載到590 kN時(shí)，受壓混凝土部分被壓碎，構(gòu)件破壞。破壞現(xiàn)狀見圖3c)。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，在加載初期階段，受拉鋼筋的應(yīng)變相比受拉鋼管較大，當(dāng)加載荷載達(dá)495 kN時(shí)，受拉鋼筋先于受拉鋼管屈服，繼續(xù)加大荷載，當(dāng)荷載加大到553 kN時(shí)，受拉鋼管屈服，當(dāng)試件最終破壞時(shí)，鋼管和鋼筋的受壓應(yīng)變基本保持一致且均未達(dá)到其各自屈服極限。

試件Z2：試件初期準(zhǔn)備工作完成后開始加載，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀察，當(dāng)荷載加載到45 kN時(shí)，該構(gòu)件跨中偏上約15 cm處出現(xiàn)一條橫向裂縫，繼續(xù)加大荷載，橫向裂縫擴(kuò)展并伴隨著新的橫向裂縫出現(xiàn)且均在試件偏上部分，當(dāng)荷載加載到498 kN時(shí)，該構(gòu)件牛腿受壓區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫，當(dāng)加載到528 kN時(shí)，牛腿下方混凝土部分被壓碎，構(gòu)件破壞。破壞現(xiàn)狀見圖3a)。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，在加載初期階段，受拉鋼筋的應(yīng)變相比受拉鋼管較大，當(dāng)加載荷載達(dá)355 kN時(shí)，受拉鋼筋先于受拉鋼管屈服，繼續(xù)加大荷載，當(dāng)加載到523 kN時(shí)，受壓鋼筋屈服，當(dāng)加載到530 kN時(shí)，受拉鋼管屈服且構(gòu)件破壞。當(dāng)試件最終破壞時(shí)，鋼管和鋼筋的受壓、受拉應(yīng)變基本保持一致。

試件Z3：試件初期準(zhǔn)備工作完成后開始加載，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀察，當(dāng)荷載加載到90 kN時(shí)，該構(gòu)件跨中偏上約8 cm處出現(xiàn)一條橫向裂縫，繼續(xù)加大荷載，橫向裂縫擴(kuò)展并伴隨著新的橫向裂縫出現(xiàn)，當(dāng)荷載加載到525 kN時(shí)，該構(gòu)件跨中受壓區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫，當(dāng)加載到570 kN時(shí)，受壓區(qū)混凝土部分被壓碎，構(gòu)件破壞。破壞現(xiàn)狀見圖3b)。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，在加載初期階段，受拉鋼筋的應(yīng)變相比受拉鋼管較大，當(dāng)加載荷載達(dá)425 kN時(shí)，受拉鋼筋先于受拉鋼管屈服，繼續(xù)加大荷載，當(dāng)加載到545 kN時(shí)，受壓鋼筋屈服，當(dāng)加載到563 kN時(shí)，受拉鋼管屈服且構(gòu)件破壞。當(dāng)試件最終破壞時(shí)，受壓鋼管應(yīng)變并未達(dá)到其屈服極限即其性能并未充分發(fā)揮。

試件Z4：試件初期準(zhǔn)備工作完成后開始加載，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)觀察，當(dāng)荷載加載到100 kN時(shí)，該構(gòu)件跨中附近出現(xiàn)一條橫向裂縫，繼續(xù)加大荷載，橫向裂縫擴(kuò)展并伴隨著新的橫向裂縫出現(xiàn)，當(dāng)荷載加載到570 kN時(shí)，該構(gòu)件受壓區(qū)出現(xiàn)豎向裂縫，當(dāng)加載到600 kN時(shí)，受壓混凝土部分被壓碎，構(gòu)件破壞。破壞現(xiàn)狀見圖3d)。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，在加載初期階段，受拉鋼筋的應(yīng)變相比受拉鋼管較大，當(dāng)加載荷載達(dá)490 kN時(shí)，受拉鋼筋先于受拉鋼管屈服，繼續(xù)加大荷載，受拉鋼管應(yīng)變?cè)龃笏俾始涌?，?dāng)荷載加到515 kN時(shí)，受拉鋼管屈服，當(dāng)荷載加大到590 kN時(shí),受壓鋼管屈服。當(dāng)試件最終破壞時(shí)，受壓鋼筋應(yīng)變?nèi)匀槐３衷鲩L(zhǎng)即并未進(jìn)入屈服狀態(tài)。

2.3試驗(yàn)結(jié)果分析

1)經(jīng)上述試驗(yàn)可知，試件Z1,Z2,Z3,Z4在偏心受壓的情況下，破壞形式基本為受拉鋼筋屈服、受壓鋼筋屈服,并最終導(dǎo)致受壓混凝土被壓碎，構(gòu)件破壞。2)經(jīng)上述試驗(yàn)可知，試件Z1，Z2，Z3，Z4在偏心受壓的情況下，承載力隨著置換系數(shù)的增大而增大，但增長(zhǎng)趨勢(shì)漸緩。

3　結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)4個(gè)鋼管混凝土疊合柱試件的偏心受壓試驗(yàn)可知：

1)鋼管混凝土疊合柱構(gòu)件在其他參數(shù)相同的情況下，構(gòu)件的極限承載力隨著置換系數(shù)的增大而增大，但增長(zhǎng)趨勢(shì)漸緩。說(shuō)明置換系數(shù)可提高構(gòu)件承載力，但提高幅度不大。2)鋼管混凝土疊合柱構(gòu)件在偏心荷載作用下的破壞形式基本為受拉鋼筋屈服、受拉鋼管屈服、受壓鋼筋屈服并最終導(dǎo)致受壓混凝土被壓碎，構(gòu)件破壞。故可認(rèn)為混凝土疊合柱外圍混凝土被壓碎時(shí)，受壓鋼筋已屈服或接近屈服狀態(tài)，即后續(xù)計(jì)算相應(yīng)承載力時(shí)可按受壓鋼筋已屈服考慮。

[1]蔡紹懷.現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)(修訂版)[M].北京：人民交通出版社，2007:3-7.

[2]韓林海，楊有福.現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)[M].第2版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]林立巖，李慶鋼.鋼管混凝土疊合柱的設(shè)計(jì)概念與技術(shù)經(jīng)濟(jì)性分析[J].建筑結(jié)構(gòu)，2008，38(3):17-21.

[4]康洪震,錢稼茹.鋼管混凝土疊合柱軸壓強(qiáng)度試驗(yàn)研究[J].建筑結(jié)構(gòu),2006,36(sup):22-25.

[5]王剛,錢稼茹,林立巖.鋼管混凝土疊合構(gòu)件受彎性能分析[J].工業(yè)建筑,2006,36(2):68-71.

Replacement coefficient on steel concrete composite columns bending performance

Zhu Yan

(Planning-Department,DatongCoalMineGroupCo.,Ltd,Datong037003,China)

Uniform design of 4 other parameters except coefficient of displacement of reinforced concrete column specimens by eccentric compression test, study the specimens to the whole process of crushing of concrete from loading, record and analyze its failure characteristics, through the measured bearing force, analysis of influence bending performance coefficient of displacement of steel concrete composite columns under eccentric load. The test results show that the replacement coefficient can improve the bearing capacity of structure, but the increase is limited.

steel concrete composite columns, replacement coefficient, eccentric compression test, ultimate bearing capacity

1009-6825(2016)19-0043-03

2016-04-28

朱艷(1982- ),女，工程師

TU375

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