负载下内填混凝土加固钢管构件轴压性能试验研究_杜新喜

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B3 B4 B5 C1 C2
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C3 C4 C5
材性实测 采用 159 × 4 直 缝 焊 接 钢 管 ， 钢 材 为 Q235B。 试件加工之前 ， 首先对钢管进行检查 ， 保证钢管的质
量符合钢结构验收规范 。 然后按预先设定的长度加 工钢管 ， 并保证钢管两端截面平整 。 在加工钢管过 程中预留边角料 ， 通过机械加工得到 3 个标准材性 试样 。 试 样 尺 寸 参 考 国 家 标 准 GB / T 228. 1 —2010 。混 《金属材料 拉伸试验 ： 第 1 部分： 室温试验方法》 凝土采用自密实混凝土 ， 其坍落度为 550 ～ 650 mm， 强度等级为 C40 。 通过材性试验测得 3 个材性试样的均值 ， 钢材 屈服强度为 295. 0 MPa， 抗拉强度为 430. 0 MPa， 弹性
［12 ］ 管混凝土构件进行了试验研究 ； Liew 等 对 25 根初
［9 ］
试件编号 A1 A2 A3 A4 A5 B1 B2
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应力作用下的钢管混凝土轴压构件进行了试验研究 与有限元分析 。 以上研究结果表明 ： 钢管的初应力会明显降低 钢管混凝土的稳定承载能力 ， 但是对钢管混凝土的 承载力无影响 。 其不足之处在于 ： 由于之前国内外 所作的研究都是针对钢管混凝土施工过程中的存在 的初应力 ， 对初应力较大的情况 ， 特别是当初应力比 β 大于 0. 6 时， 国 内 外 研 究 较 少， 试验数据样本不 足， 而当用内 填 法 加 固 钢 管 时 ， 钢管初应力甚至可 能接近其极 限 应 力 。 因 此 ， 本 文 作 者 对 15 根 钢 管 混凝土柱试件进行轴压试验 ， 采用不同长细比以及 初应力比 ， 最大初应力比达到 0. 8 ， 实测钢管混凝土 柱的受压承载力 ， 分析钢管混凝土构件轴压性能的 影响因素 。 1. 2
对 29 根钢
Table 1
分组编号
管有无初应力的圆钢管混凝土偏压试件进行了试验 ［8 ］ 研究 ； 王为圣等 进行了初应力钢管混凝土构件承 载力的试验研究 ； 陈宝春等 刚等
［10 ］
进行了加载方式对钢 管混凝土轴压短柱受力性能影响的试验研究 ； 韦建 进行了初应力对钢管混凝土单圆管拱极限承 ［11 ］ 载力影响的研究 ； 韩林海等 对 19 个负载下的方钢
建筑结构学报
Journal of Building Structures
第 36 卷 增刊 2 2015 年 12 月 Vol. 36 Suppl. 2 Dec． 2015
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文章编号： 1000-6869 （ 2015 ） S2-0022-06
DOI： 10． 14006 / j． jzjgxb． 2015． S2． 004
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试件同条件下养护成型的边长 150 mm 的立方体试 块实 测 得 到 ， 混凝土立方体抗压强度实测值为 47. 5 MPa。 1. 3 1. 3. 1 加载方案 初应力的施加
负载下内填混凝土加固钢管构件轴压性能试验研究
杜新喜 ，蔡宗洋 ，程晓燕 ，熊 亮 ，袁焕鑫
（ 武汉大学 土木建筑工程学院，湖北初应力水平 ， 需要研究初应力对构件加固 摘要： 采用内填混凝土加固钢管轴压构件时， 后承载力的影响。对 15 根不同长细比和初应力比的钢管进行了内填混凝土加固， 并对构件加固后的轴压性能进行了试验 研究。试验结果表明： 钢管初应力对钢管混凝土轴压试件的破坏形态无影响； 当长细比为 16 时， 钢管初应力变化对内填混 60 时， 凝土加固钢管试件的承载力影响较小； 当长细比为 40 ， 初应力比的增大会显著降低加固试件的轴压承载力 ， 影响内 填混凝土法的加固效果， 最大降幅达到 27% 。 将试验结果与国内外主要设计规范的计算结果比较表明 ， 当初应力比小于 0. 6 时， GB 50936 —2014 、 CECS 28 ： 2012 和 EN 199411 设计公式的计算结果与试验数据吻合较好 ， ANSI / AISC 36010 和 AIJCFT 规范中公式的计算结果偏于保守； 而当初应力比超过 0. 6 时， ANSI / AISC 36010 提出的公式较为保守， GB 509362014 、 CECS 28 ： 2012 、 EN 199411、 AIJCFT 规范中公式的承载力计算结果则偏于不安全。 关键词： 钢管混凝土； 初应力； 加固； 轴压试验； 轴压承载力 中图分类号： TU398. 903 文献标志码： A
Abstract： The steel tubes under axial compression，with different initial stresses，can be reinforced by infilling concrete． The influences of initial stresses on the axial bearing capacity after reinforcement should be considered． A total of 15 steel tube test specimens with different slenderness ratios and initial stress ratios were reinforced ，and the behavior after infilling concrete was experimentally studied． The results show that ： the initial stresses of the steel tubes have no influence on the ultimate failure modes； when the slenderness ratios is 16 ， the initial stresses of the steel tubes have little impact on the axial strength of the concrete filled steel tubes． However，when the slenderness ratios are 40 and 60 ，the axial bearing capacity can be severely reduced by the increase of initial stress ratios，and the maximum reduction range is 27% ． Meanwhile，the obtained test results are used to compare with the predicted results from currently available design standards． For the test specimens with initial stress ratios lower than 0． 6 ， it can be seen that the predictions of bearing capacity from GB 50936 —2014 ，CECS 28 ： 2012 and EN 199411 have good agreement with the test data， while the design standards ANSI / AISC 36010 and AIJCFT may underestimate the capacities． While for the test specimens with higher initial stress ratios （ higher than 0． 6 ） ，overpredicted results may be obtained from the three design standards GB 50936 —2014 ，CECS 28 ： 2012 ， EN199411 and AIJCFT． Keywords： CFST； initial stresses； axial compression test ； strenghened ； axial bearing capacity
5 模量为 2. 03 × 10 MPa； 混凝土的抗压强度由 9 个与
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1. 1
试验概况
试件设计
试验中设计了 3 组 15 个试件 ， 每组 5 个 。 按长 B 组和 C 组 。 其中 A 组为短 细比 λ 不同分为 ： A 组 、 C 组为长柱试件 ， 64 。 柱试件 ， λ 为 16 ； B 组 、 λ 为 40 、
Experimental study on axial bearing capacity of steel tubes reinforced by infilling concrete under load
DU Xinxi，CAI Zongyang，CHENG Xiaoyan，XIONG Liang，YUAN Huanxin （ School of Civil Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072 ，China）
图 1 试件几何尺寸 Fig． 1 Dimensions of specimens 表 1 试件基本参数 Parameters of specimens
截面规格 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 159 × 4 H / mm 636 636 636 636 636 1 590 1 590 1 590 1 590 1 590 2 544 2 544 2 544 2 544 2 544 λ 16 16 16 16 16 40 40 40 40 40 64 64 64 64 64 β 0. 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 0. 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 0. 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8