钢管高强混凝土柱轴向受压承载力试验研究_王力尚

上加载 板有 一 球铰 。 可以 认 为 , 试 件 上 、下 端 均 为铰
接 , 其等效计算长度 le 可取 为试件的 实际长 度 L 。量 测的内容包括 :施加在试件上的压力 , 试件 中部三倍钢
管外径长度范围的压缩变形 , 试件钢管的 纵向应变 , 试
件钢管的环 向应变 。轴 压力 用力传 感器 量测 , 压 缩变
核心混凝土的横截面面积 ;f cu
,
f
t c
分别 为实测混 凝土立方 体强度和
混凝土轴心抗压强度试验值 ;θt, θk 分别为混凝土套箍指标试验值和
标准值
;f yt
为钢材屈服强度的实测值
;N
t 0
为轴向受压2
D ×t(m m)114.3 ×2.56 114.2 ×3.9 164.5 ×2.34 165.1 ×3.54 217.3 ×2.96 219 ×3.8
STCC-2 114.3 ×2.56 ×456 4 STCC-3 114.3 ×2.56 ×456 4
898 329 9 357 66 53.86 0.59 0.59 951 898 329 9 357 80 67.36 0.47 0.45 1 043
STCC-4 114.3 ×3.9×456 4 1 351 364 8 887 66 53.86 1.02 0.93 1 231
形用电子位移计量测 , 应变用应变片量测 。
每个试件用 4 个位移 计量 测压缩 变形 , 位移 计之
间间隔 90°。钢管混凝土柱试件 STCC-1 , S TCC-6 和钢
＊基金项目 :教 育部博 士点基 金(2000000345);北 京市自 然科 学基 金(8002012)。
管试件 S TC-1 量测了 12 个点的纵向应变和 12 个点的 环向应变 , 其 余试件 沿钢管纵 向和环 向各量测 4 个点 的应变 , 用 IM P 数据采集系统采集并记录试验数据 。
图 1 试验装置简图
试件的基本数据及轴向受压承载力试验值 表 1
试件 编号
D ×t × L (mm)
L As
f
t y
Ac
f cu
f
t c
D (mm2)(M Pa) (mm2) (MPa) (M Pa)
θt
θk
N
t 0
(kN )
STCC-1 114.3 ×2.56 ×456 4 898 329 9 357 66 53.86 0.59 0.59 926
STCC-5 114.3 ×3.9×456 4 1 351 364 8 887 80 STCC-6 164.5 ×2.34 ×660 4 1 191 315 20 051 66
67.36 0.82 0.71 1 413 53.86 0.35 0.36 1 731
STCC-7 164.5 ×2.34 ×660 4 1 191 315 20 051 66 53.86 0.35 0.36 1 698
压强度试验值和标准值 。
46
试验表明[ 6] , C50 ～ C80 级高强混凝土 轴心抗压强
度实测值与 立方 体 强度 的比 值为 0.8 ～ 0.85 , 且 随强
度增加而 增 加 。试 件的 混 凝土 立 方体 强 度实 测 值为
66M Pa 和 80M Pa ,大体上相当于 C60 和 C75 , 对应的比
f
t y
, 极限强度
f
t su
,试验结
果列于 表 2 , 弹性 模 量 Es 为 2.06 ×105N/mm2 。表 1 中的试件钢管混凝土套箍指标 试验值 θt 和 θk 分别用 下式计算 :
θt
=
f
t y
A
s/
f
t c
A
c
θk = f yk A s/ f ck A c
(1)
式中 f yk取 235MPa ;f ct 和 f ck分别为核心混凝土轴心抗
STC-1 165.1 ×3.54 ×660 4 1 796 342
0
0
6 12
STC-2 164.5 ×2.34 ×660 4 1 191 315
0
0
3 75
STC-3 217.34 ×2.96 ×876 4 1 993 373
0
0
7 43
注 :D , t , L 分别为钢管的外径 、壁厚和长度 ;As , Ac 分别为钢管和
第 33 卷 第 7 期
建 筑 结 构
2003 年 7 月
钢管高强混凝土柱轴向受压承载力试验研究 ＊
王力尚 钱稼茹
(清华大学土木工程系 北京 100084)
[ 提要] 22 根钢管高强混凝土柱的轴向受压试验结果表明 , 钢管高强混凝土短柱的轴向受压破坏为剪切破 坏 , 长柱的破坏为弯曲破坏 。根据试验和有关文献的结果 , 提出了混凝土强度等级不大于 C80 、套箍指标不大 于 1.1 的钢管高强混凝土柱的轴向受压承载力计算公式 , 以及长柱轴向受压承载力折减系数计算公式 。 [ 关键词] 钢管高强混凝土柱 轴向受压 承载力折减系数 套箍指标
fyt(M Pa) 329
364
315
342
373
325
f stu(MP a) 390.6
458.8
399
431
480
380.9
二 、试验结果 1.破坏过程 L/ D 不大于 6 的试 件 , 荷 载较 小时 , 试 件外 观无
明显变化 ;荷载为试件最大承载力的 0.7 倍左右时 , 可 听到试件发出劈拍声 ;荷载为 试件最 大承载力 的 0.82 ～ 0.9 倍左右时 , 钢管外表面 逐渐出 现剪切滑 移线 ;试 件承载力达到最大值后 , 继续加载 , 试件的 承载能力下 降 , 荷载为试件 最大 承载力 的 0.85 倍 左右 时 , 核 心混 凝土发生剪切 流动 , 钢 管表 面局部 屈曲 、出现鼓 包 ;试 件的承载能力下降到一定值时 , 承载能力 不再下降 , 而 应变不断增 加 , 这时 候试件 已严 重变形 。由 于核 芯混 凝土的作 用 , 钢 管只 有 向外 凸 、没 有向 里 凹的 破 坏现 象 。图 2(a)为试件 S TCC-21 破坏后的照片 , 图 2(b)为 试 件 STCC-6 破坏 后钢 管内 核心 混凝 土的 照片 , 混凝 土呈斜向剪切破坏 , 没有压碎 , 仍为整体 。
STCC-8 164.5 ×2.34 ×660 4 1 191 315 20 051 80 STCC-9 164.5 ×2.34 ×990 6 1 191 315 20 051 66
67.36 0.28 0.28 1 984 53.86 0.35 0.36 1 681
ST CC-10 164.5 ×2.34 ×990 6 1 191 315 20 051 80 67.36 0.28 0.28 1 971
ST CC-17 165.1 ×3.54 ×660 4 1 796 342 19 602 66 ST CC-18 165.1 ×3.54 ×660 4 1 796 342 19 602 80
53.86 0.58 0.56 1 814 67.36 0.47 0.43 2 352
ST CC-19 217.34 ×2.96 ×876 4 1 993 373 35 088 66 53.86 0.39 0.35 2 915
ST CC-20 217.34 ×2.96 ×876 4 1 993 373 35 088 80 67.36 0.31 0.27 3 453
ST CC-21 219×3.8 ×876 4 2 568 325 35 082 66 53.86 0.44 0.45 3 073
ST CC-22 219×3.8 ×876 4 2 568 325 35 082 80 67.36 0.35 0.34 3 602
ST CC-14 164.5 ×2.34×1 650 10 1 191 315 20 051 80 67.36 0.28 0.28 1 793
ST CC-15 164.5 ×2.34×1 980 12 1 191 315 20 051 66 53.86 0.35 0.36 1 634
ST CC-16 164.5 ×2.34×1 980 12 1 191 315 20 051 80 67.36 0.28 0.28 1 850
confinement index
钢管高强 混凝土 柱有 许多优 点 , 已 用于我 国三十
多幢高层建筑 。钢管高强混凝土柱的轴 向受压承载力
是其基本受 力性能 , 国内 外对此 已有一 定的 研究[ 1-4] , 国内有关规程[ 5, 6] 也有计算公式 。下面给出了 22 根钢
管高强混凝土柱和 3 根空钢管柱的轴向 受压全过程试 验研究情况 , 结合已有的研究成果 , 提出 了钢管高强混
程应用范围 。
2.加载设备和量测
图 1 为试验装置 简图 , 用 5 000kN 四柱 刚性 试验
机对试件施加轴向压力 , 大部分试件一次 加载至破坏 。
试件放置在试验 机的 下加载 板上 , 下加载 板下 有一个
球铰 ;试件 的顶 上放 置 一块 钢 板 , 钢板 上 放置 力 传感
器 , 传感器上放置的钢板与试验机的上加 载板相接触 ,
值分别为 0.816 和 0.842 , 因此试件的混凝土轴心抗压
强度试验 值
f
t c
取为
53.86M Pa
和
67.36M Pa ,
f ck 按《混
凝 土结 构 设计 规 范》(GB50010 —2002)[ 7] 采 用 。 试件
的混凝土套箍指 标试验值 为 0.28 ～ 1.02 , 符合 我国工
凝土柱的轴向受压承载力计算公式 。
一 、试验概况
1.试件参数