矩形钢管混凝土轴压短柱
WRC_T钢管混凝土短柱轴心受压力学性能
收稿日期:2007-12-15基金项目:湖北省建设科技计划项目(K200513)作者简介:杜国锋(1975—),男,博士研究生,主要从事钢-混凝土组合结构研究.文章编号:1671-2021(2008)06-0939-06WRC -T 钢管混凝土短柱轴心受压力学性能杜国锋1,2,徐礼华1,3,温 芳1,徐浩然1(11武汉大学土木建筑工程学院,湖北武汉430072; 21长江大学城市建设学院,湖北荆州434023;31岩土与结构工程安全湖北省重点实验室)摘 要:目的了解WRC -T 钢管混凝土柱的破坏形态、受力和变形性能,考察约束效应系数、长细比、肢长腹比等参数的影响,探讨极限承载力计算方法.方法设计制作20个WRC -T 钢管混凝土短柱试件,通过轴心受压试验,实测试件的荷载-变形曲线和极限承载力,分析各参数对短柱轴心受压力学性能的影响,参考国内外相关规范条文,通过试验数据回归分析,提出WRC -T 钢管混凝土短柱轴心抗压极限承载力的计算模型.结果试件呈剪切型或局部凸曲型破坏,提高约束效应系数可以明显提高试件的极限承载力和后期承载能力.结论WRC -T 钢管混凝土短柱的两个组成部分能很好地协同工作,力学性能较好;极限承载力公式计算结果与试验值符合较好;计算公式可供工程设计参考.关键词:钢管混凝土;组合柱;轴心受压;力学性能;短柱中图分类号:TU398+19 文献标志码:A 0 引 言组合焊接T 形或L 形钢管混凝土柱(Weld 2ing Rectangular Composite T -shaped or L -shaped Concrete -Filled Steel Tubular Column ,简称WRC -T 或WRC -L 钢管混凝土柱)是一种新型的异形钢管混凝土柱.异形截面钢管混凝土柱应用于高层住宅建筑能使结构避免肥梁肥柱,避免房间出现棱角,适合建筑平面布局,提高使用面积;也可用作多层地下室逆作法的承重支护结构,节约大量钢支撑,使地下室与地面以上同时施工,大大缩短了工期,提高了工程质量,对异形截面钢管混凝土柱的研究受到专家学者的普遍关注.目前,华南理工大学提出了带约束拉杆的T 形、L 形钢管混凝土柱[1],并进行一系列力学性能试验研究;同济大学进行了T 形、L 形钢管混凝土柱抗震性能研究[2],但国外相关研究资料尚未见报道.近年来,异形截面钢管混凝土柱已成功应用于广州新中国大厦、广州市名汇商城、江门中旅大厦等大型建筑工程中,广州百货大厦新楼和广州名励大厦等大型工程在设计上正在推广应用.然而,异形钢管大多是由多块钢板直接焊接而成,截面几何形状难以准确控制,不便于工厂或现场制作加工,焊缝难以保证质量,约束能力差,影响了其推广应用.为解决上述问题,寻找一种约束力强、施工方便的异形钢管混凝土柱,在总结各种异形钢管混凝土柱工程应用的基础上,提出将两根方形钢管直接焊接形成的WRC -T 或WRC -L 钢管混凝土柱,并对WRC -T 钢管混凝土短柱的力学性能进行试验研究,以期得到这种新型组合柱的破坏形态和极限承载力计算方法.1 试验概况111 试件的设计与制作试验共设计了10组共20个试件(试件截面形式如图1所示),相同型号的试件每组2个,试验实测承载力N s 为2个试件的平均值.试验主要考察管壁厚度t (可以看作约束效应系数2008年11月第24卷第6期 沈阳建筑大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science ) Nov. 2008Vol 124,No 16ξ[3]),腹板宽度b、长细比λ等参数对试件力学性能的影响.试件各种参数及实测承载力值见表1.试件混凝土、钢板的材料性质,均按标准试验方法[4-5]实测而得,实测边长150mm混凝土试块立方体抗压强度为49196MPa,钢材力学性能指标详见表2,表2中f y为钢材屈服强度,E s为弹性模量.μs为泊松比,f s为极限抗拉强度. WRC-T钢管混凝土柱由矩形钢管型材焊接而成,即将钢管型材按设计长度截断,再根据T 形截面尺寸将两根钢管组合,通过焊缝连接在一起,并保证两端平整,对应每个试件加工两块厚10mm的方形盖板(尺寸如图1所示),先在空钢管一端将盖板焊上,然后浇灌混凝土,待混凝土养护两周后将端口磨平,在坑洼处填补高强水泥砂浆,最后焊上另一盖板,以期尽可能保证钢管与核心混凝土在试验加载时共同受力.所有构件的上下盖板焊接时要与空钢管几何对中,所有焊缝均按《钢结构设计规范》(G BJ50017-2003)进行设计,并保证焊缝质量.表1 试件参数及承载力实测值试件编号b/mm b1/mm b2/mm h1/mm h2/mm t/mm L/mmλζN s/kN WRC-T-18035351001004450712711382144 WRC-T-28060601001004450713011232225 WRC-T-315025251001004450710711572850 WRC-T-410050501001003450712501982250 WRC-T-510050501001004450712011292388 WRC-T-610050501001005450712211552580 WRC-T-710050501001004350516011302406 WRC-T-810050501001004550818111302385 WRC-T-910050501001004650101411302378 WRC-T-1010050501001004900141411302375表2 钢材的力学性能t/mm钢管型号f y/MPa E s/(105MPa)μs延伸率/%f s/MPa3100×2003141571192012522612411121100×1003061171188012612315392165 4100×100291156210012632512419153 100×20030513511915012542513420155100×1503151251190012492515427175100×802701201191012502418355125 5100×2003061502101012562416383135 100×1003001231193012602510381142图1 试件断面图112 承载力试验试验在武汉大学结构试验中心5000kN压力试验机上进行,见图2.笔者所指的轴心受压是指加载中心为T形试件的组合截面形心,计算时要考虑材料的弹性模量.试验初始阶段采用力控制方式分级加载,每级荷载为预计极限荷载的1/10,持荷时间为2min;当荷载达到预计极限荷载的75%以后改为位移控制加载,每级位移为预计总变形的1/20,持荷时间为2min,荷载值均由940 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第24卷压力传感器读取.在试件的柱头和柱脚间设置4块百分表,分别测定图3所示的试件两个对角边柱头和柱脚间的相对位移,取两组百分表读数的平均值为试件的轴向变形值.为准确地测量试件的应变,在每个试件钢管外壁中截面处沿周长布置纵向和环向电阻应变片共16片,如图4所示,采用静态数据采集系统采集应变数据.图2 试验加载照片图3 百分表布置示意图图4 应变片布置示意图2 试验结果与分析211 试验现象对试件进行一次加载试验,在极限荷载的70%～80%之前,WRC -T 钢管混凝土短柱外观没有明显变化,但试件长边钢管与核心混凝土空鼓现象逐渐增多,范围逐步扩大,反映出钢管与核心混凝土的局部粘结已经破坏,但随着荷载继续增大,核心混凝土纵、横向变形增大,空鼓又逐渐被挤实,约束效应逐渐产生并增强.随着混凝土变形增大,其应力达到圆柱体抗压强度,试件达到极限承载力.在加载过程中,由焊缝连接的两个矩形钢管受力均匀、变形协调,能很好地协同工作,没有出现焊缝开裂现象.212 破坏形态试验发现,WRC -T 钢管混凝土短柱破坏形态有两种,即剪切型破坏和局部凸曲型破坏.WRC -T -1和WRC -T -3钢管混凝土柱,腹板宽度较大,截面回转半径较大,当外荷载加到极限荷载80%左右时,钢管壁上开始出现剪切滑移线,随着外荷增加滑移线由少增多,随后进入破坏阶段,试件典型破坏形态见图5;对于其他试件,腹板宽度相对较小,因此截面回转半径也相对较小,当外荷载达到极限承载力后,混凝土产生局部压碎,柱上、下端约10cm 处长边凸曲,随后试件承载力下降,在试件承载力下降过程中,柱上、下端约10cm 处短边b 也逐渐凸曲,与此同时试件其他部位也多处凸曲,试件典型破坏形态见图6.图5 剪切破坏形态图6 局部凸曲破坏形态213 试验结果分析21311 各参数对试件极限承载力的影响(1)肢长腹比所谓肢长腹比是指,当试件腹板高度h 2、肢厚h 1、肢长(b 1+b 2+b )或腹板宽度b 不变时,肢长与腹板宽度的比值,即a =(b 1+b 2+b )/b.考虑肢长腹比的变化可以更加合理地确定肢长和腹板宽度,为研究WRC -T 钢管混凝土短柱的极限承载力提供参考.为此,设计制作了WRC -T -第24卷杜国锋等:WRC -T 钢管混凝土短柱轴心受压力学性能941 2、WRC -T -3和WRC -T -4试件,并对其荷载-平均纵向应变曲线和极限承载力进行研究,见图7所示,三个试件的肢长、管壁厚度和腹板高度均相同,试件WRC -T -2的肢长腹比为215,试件WRC -T -4的肢长腹比为210,试件WRC -T -3的肢长腹比为1133,从图7可以看出,当肢长等参数相同时,随着肢长腹比的减小,试件极限承载力增大,增加腹板宽度可以显著提高试件的极限承载力.图7 WRC -T -2、3、5试件荷载-平均纵向应变曲线 (2)约束效应系数约束效应系数ζ=f y A s /f ckA c (式中,A s 和A c 分别为钢管和混凝土的总面积,f y 和f ck 分别为钢材的屈服强度和混凝土抗压强度标准值).在不改变试件截面大小和钢材(混凝土)强度等级的情况下,通过改变管壁厚度来改变试件的约束效应系数(3个试件的约束效应系数值见表1所示),设计制作了WRC -T -4、WRC -T -5和WRC -T -6试件,并对其荷载—平均纵向应变曲线和极限承载力进行研究,见图8所示,从图中可以看出,随着约束效应系数增大,试件极限承载力提高,试件荷载—平均纵向应变曲线的下降段更趋平缓;同时也说明提高约束效应系数有利于提高试件的后期承载力.图8 WRC -T -4、5、6试件荷载-平均纵向应变曲线 (3)长细比长细比是界定长、短柱的重要指标,根据柱截面形式的不同,可以用L /b (B 矩形)、L /D (圆形)来定义,其中L 为柱的无支高度或长度;B 为矩形截面短边尺寸;D 为圆形截面的直径.但对于异形柱来讲,上述定义难以实现,因此在总结相关文献的基础上,提出用L /i 来定义试件长细比,其中,L 为柱的计算长度,i 为截面的回转半径,按照文献[6]中的公式计算,取最小值,见式(1).i =E s Is +012E c I cE s A s +012E c A c,(1)式中:E s 、E c 为钢材和混凝土的弹性模量;A s 、A c 为钢材和混凝土的面积;I s 、I c 为钢材和混凝土截面惯性矩.为研究WRC -T 钢管混凝土短柱L /i 的限值,设计制作了WRC -T -5、WRC -T -7、WRC -T -8、WRC -T -9和WRC -T -10试件,并对其荷载-平均纵向应变曲线和极限承载力进行研究,见图9所示.同时,以长细比最小的WRC -T -5试件为基础,绘制相对长细比e (e 为各试件长细比与WRC -T -5试件长细比的比值)与试件相对极限承载力n 的关系曲线,见图10所示.图9 WRC -T -7、8、9、10试件荷载-平均纵向应变曲线图10 试件相对长细比与相对极限承载力关系曲线942 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第24卷 从图9和图10可以看出,随着相对长细比的增大,试件极限承载力略有减小,但减小幅度在2%以内,试件荷载—平均纵向应变曲线的趋势一致,说明长细比在516～1414范围内的试件均可以认为是WRC-T钢管混凝土短柱.3 轴心受压极限承载力计算目前,国内外有关钢管混凝土结构的设计规范或规程主要有文献[6]～[10]、DBJ13-51-2003和CECS159:2004(2004)等,分别采用拟钢理论、拟混凝土理论、统一理论和叠加理论进行计算,但都未涉及异形钢管混凝土结构的设计计算方法.试验研究表明,提出的WRC-T钢管混凝土柱协同工作性能较好,其极限承载力可以视为两个组成部分极限承载力的叠加,因此,采用文献[6]、文献[8]和文献[10]中的计算公式对试件的大柱和小柱进行计算,将计算结果求和,并与笔者的试验值进行比较,结果见表3.从表3中可以看出,按文献[8]中公式计算的结果与笔者的试验结果比较接近.表3 承载力试验值与规范计算值比较试件编号试验值N s/kN按文献[6]计算N u/kN N u/N s按文献[8]计算N u/kN N u/N s按文献[10]计算N u/kN N u/N sWRC-T-12144124001581717018014680168 WRC-T-22225141101631954018816620175 WRC-T-32850161001562228017819110167 WRC-T-42250132301591831018115470169 WRC-T-52388146001612021018517230172 WRC-T-62580161801622240018719240175 在分析各国规范计算理论的基础上,笔者以文献[8]中的计算公式为参考,采用叠加理论计算试件的极限承载力.综合考虑钢材和混凝土强度等级,提出WRC-T钢管混凝土短柱极限承载力的计算公式,见式(2).并根据式(2)对WRC-T-1至WRC-T-6进行计算,将所得结果与试验结果进行对比,见表4.从表4中数据可以看出,式(2)计算结果与试验结果相似,当υ为0125时,两者之比的平均值为0190,均方差为01032;当υ为0145时,两者之比的平均值为0197,均方差为01033.式(2)可供工程设计参考.N u=f y A s+(1+υ)f ck A c,(2)式中:f y为试件各组合钢管的钢材屈服强度;A s 为试件各组合钢管的钢材截面面积;f ck为试件各组合部分混凝土的轴心抗压强度标准值;A c为试件各组合部分混凝土的截面面积;υ为核心混凝土抗压强度提高系数,取值为0125～0145,该系数受约束效应系数ζ的影响较大,当ζ≤1115时宜取小值,具体变化规律有待深入研究.表4 承载力试验值与式(2)计算值比较试件编号试验值N s/kN按式(2)计算υ=0125N u/N s按式(2)计算υ=0145N u/N sWRC-T-121441813018519450191 WRC-T-222252058019222230199 WRC-T-328502599019128070198 WRC-T-422502018019022020198 WRC-T-523882202019223800199 WRC-T-6258024180194255101984 结 论(1)在整个加载过程中,组成WRC-T钢管混凝土短柱的两个矩形钢管均匀受力,变形协调,能很好地协同工作,没有出现焊缝开裂现象.试件有剪切形和局部凸曲形两种破坏形态.长细比在第24卷杜国锋等:WRC-T钢管混凝土短柱轴心受压力学性能9431414以内时,试件的极限承载力相差最大值在2%以内,可以视为短柱.(2)影响WRC -T 钢管混凝土短柱力学性能的各参数中,约束效应系数对极限承载力影响最大,约束效应增强,试件的极限承载力提高,后期承载能力增强.当试件肢长、肢厚和腹板高度相同时,肢长腹比减小,试件极限承载力增大,实际工程中应尽量使腹板宽度取最大值.(3)在分析各国规范和各种计算理论的基础上,提出WRC -T 钢管混凝土短柱极限承载力计算公式,公式形式简单,可为工程设计参考.参考文献:[1] 龙跃凌,蔡健.带约束拉杆L 形钢管混凝土短柱轴压性能的试验研究[J ].华南理工大学学报,2006,34(11):87-92.[2] 王丹,吕西林.T 形、L 形钢管混凝土柱抗震性能试验研究[J ].建筑结构学报,2005,26(4):39-45.[3] 韩林海.钢管混凝土结构理论与实践[M ].北京:科学出版社,2004.[4] 中华人民共和国建设部G B/T 228-2002金属材料室温拉伸试验方法[S].北京:中国计划出版社,2002.[5] 中华人民共和国建设部G B/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准[S].北京:中国计划出版社,2002.[6] ACI 318-99.Building code requirements for struc 2tural concrete and commentary[S].Detroit :American Concrete Institute ,U.S.A.,1999.[7] AISC.U.S.A 1999Load and resistance factor designspecification for structural steel buildings ,2nd ed[S].Chicago :AISC ,1999.[8] AI J.Recommendations for design and construction ofconcrete filled steel tubular structures[S].Tokyo :Ar 2chitectural Institute of Japan ,1997.[9] BS5400.Concrete and com posite bridges [S ].Lon 2don :British Standard Institute.U.K ,1979.[10] British Standards Institution.Design of compositesteel and concrete structures ,Part1.1:G eneral rules and rules for buildings.DD ENV 1994-1-1:1994[S].London :British Standards Institution ,1994.Experiment of WRC -T Concrete Filled Steel Tubular Short Columns Mechanical Property under Axial CompressionDU Guof eng1,2,X U L ihua1,3,W EN Fang 1,X U Haoran1(1.School of Civil Engineering ,Wuhan University ,Wuhan China ,430072;2.School of Urban Construction ,Y an gtze Universi 2ty ,Jingzhou China ,434023;3.Hubei K ey Laboratory of the Security of G eotechnical &Structural Engineering ,Wuhan China ,430072)Abstract :In order to know the destruction form ,mechanical and distortion property ,we consider several in 2fluence factors include the constraint factor ,ratio of length to diameter and ratio of length to 2sternum of member ,and discuss the formula for the ultimate bearing capacity.20WRC 2T concrete 2filled steel tube short columns were designed and manufactured.Axial compression test was carried out ,the load 2deformation relationship curves and ultimate bearing capacity were tested and the effect of each influence factor impact the pressure mechanic properties of this kind short column was analyzed.In this paper ,based on the conclu 2sion of domestic and foreign codes ,the formula for the axial compression bearing capacity of WRC 2T con 2crete 2filled steel tubular columns was deduced through the regression analysis of experimental data.The fail 2ure modes were shear failure and the local buckling failure ,the ultimate bearing capacity and later bearing capacity can be heightened obviously by increasing the constraint factor.The WRC 2T concrete 2filled steel tube short column which is composed of two rectangular steel tube columns can just work together very well and mechanical property is steady.The calculated results by the formula coincide with the experimental re 2sults so well that the formula can be valuable to the engineering design.K ey w ords :concrete 2filled steel tube ;composite column ;axial compression ;mechanical property ;short col 2umn944 沈阳建筑大学学报(自然科学版)第24卷。
CFRP约束有预载矩形SRC短柱轴压性能有限元分析
CFRP约束有预载矩形SRC短柱轴压性能有限元分析高鹏;宗文;李仲元;殷强;洪丽【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(040)001【摘要】为了研究预载水平对碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP,又称为"碳纤维布")约束型钢混凝土(steel reinforced concrete,SRC)矩形短柱轴压性能的影响,文章采用有限元软件对已有试验试件进行了数值模拟,结果表明采用混凝土损伤塑性模型可较好地模拟预载后加固型钢混凝土柱在有材料损伤后的力学性能.通过数值分析发现,碳纤维布对型钢混凝土矩形短柱的约束作用主要集中在水平截面的柱角部和靠近型钢部位;预载水平提高后,峰值荷载下试件中混凝土的竖向应力降低,且远离型钢部位的柱角部混凝土应力变化最明显,同时预载水平对碳纤维布工作应变有影响;建立了预载水平与碳纤维布有效拉应变的关系式.【总页数】6页(P83-88)【作者】高鹏;宗文;李仲元;殷强;洪丽【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TU375.3【相关文献】1.CFRP 布加固混凝土矩形短柱轴压性能分析 [J], 贾良;聂红宾2.不同混凝土强度等级下CFRP布约束矩形短柱轴压性能试验研究 [J], 童林;高鹏3.CFRP布约束混凝土矩形短柱轴压性能的非线性有限元分析 [J], 张智梅;李贺林;张晏戌4.CFRP布约束方钢管混凝土短柱轴压性能试验研究 [J], 史亚涛;胡忠君;谈明睿;李欣;宋雪娇5.CFRP编织管约束混凝土短柱轴压性能试验研究 [J], 张浩龙;王文昊;徐迎;王鹏;孙大威;吴建钦因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
钢管约束钢筋混凝土在提高矩形钢筋混凝土短柱延性上的运用
钢管约束钢筋混凝土在提高矩形钢筋混凝土短柱延性上的运用摘要：本文主要介绍了一种用于提高矩形截面钢筋混凝土短柱、超短柱延性的方法，并通过一个数值试验的算例，证明钢套管对矩形截面的钢筋混凝土超短柱也可以起到足够的约束作用。
关键词：钢管约束钢筋混凝土；超短柱；延性引言我国是受地震灾害影响最严重的国家之一，历次地震给人们的生命财产造成了重大损失。
而在地震中，建筑的破坏和倒坍又是造成损失的重要原因，所以建筑物的抗震性能一直是结构设计的重要内容。
柱作为建筑结构承重体系的重要部分，其在地震中的抗震性能尤为重要，所以我国的规范对其有着严格的限制以保证柱在地震中具有足够的强度和来承受荷载，并有足够的延性消耗地震的能量。
在混凝土结构的工业与民用建筑中，常常会在底部形成短柱或者超短柱。
如现代的大型火电发电厂主厂房，由于厂房结构中一般要求空间大，加上工业设备荷载很大，厂房的框架梁、框架柱截面通常较大。
而由于工业生产中工艺流程的需要，相邻结构之间又常会产生错层，这样导致局部位置会形成短柱。
又如在民用建筑中部分框支剪力墙结构，在转换层的转换梁和框支柱的截面通常较大，导致框支柱在转换层净高小，会形成短柱。
为了满足结构抗震对延性的要求，短柱部分需要采取特殊的构造措施或者特殊的结构形式。
柱的破坏形态主要有三种，分别为弯曲破坏，剪切破坏和粘结破坏。
而对于普通钢筋混凝土短柱或者超短柱，在地震作用下，很可能发生剪切破坏，破坏时呈明显脆性，延性很差，而且轴压比越大，配筋率越低，滞回性能越差。
2.钢管约束钢筋混凝土的起源及优点钢管混凝土最早与十九世纪七十年代运用于桥梁工程，而后逐渐在在工业厂房中作为结构柱使用。
但直到上世纪六十年代开始，研究人员和工程师逐渐意识到钢管混凝土有着广阔的应用前景。
其中日本在关西地震、阪神大地震等多次大地震中，钢管混凝土均表现出了良好的抗震性能，遂逐渐成为结构抗震研究的热点。
而钢管约束混凝土是由钢管混凝土发展而来，Tomii等人与1985年首次提出了套管柱（tubed column）的概念，钢管约束钢筋混凝土柱有别于普通钢筋混凝土柱的最重要的特点是在梁柱节点的上下端连接处，钢管和梁端部预留一个缝隙，这样做的好处是钢管只承受摩擦产生的很小的竖向力，当混凝土表面涂有沥青等减小摩擦的材料后，钢管几乎不产生竖向力，而仅仅提供横向的约束作用。
带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱偏压承载力特性研究
① 在变形 中试件 横截 面始 终保 持 为平 截 面 ，截 面应 变 为 线性 分 布 ； ② 钢板与 混凝 土 之 间无 相对 滑 移 ；③ 不 考 虑 混 凝 土 的抗 拉 作 用 ，
受拉区混凝土退 出工 作 ；④试件 两端铰接 ，挠 曲线为正 弦半 波曲线 ；
带约束拉杆矩形钢管混凝土短柱偏压承载力特性研究
蔡健（ 垩善 耄 霎 萎
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乐州 。 ）
朱 昌 宏 ，林 焕 彬 （ 华南理工大学土木与交通学院， 厂东 ７／ ５０ ０ ） １６ ） ￣ ４ １ ＼ １
［ 要 ］ 基 于 带约 束 拉 杆 矩 形 钢 管 混 凝土 的本 构 关 系 ，利 用 纤维 模 型 法对 带 约 束 拉 杆 矩 形 钢 管 混 凝 土 短 柱 摘 承 载 力 进 行 数值 计 算 ，通 过 计 算 结 果 与试 验 结 果 的 比 较 验 证 纤 维 模 型 法 的合 理 性 ， 同 时讨 论 各 种 因 素 对 带 约 束 拉杆 矩形 钢 管 混凝 土 短 柱 的单 向偏 压 和 双 向偏 压 承 载 力 的 影 响 。 带 约 束 拉 杆 矩 彤 钢 管 混 凝 土 偏 压 短柱 的参 数 分 析 结 果 表 明 ，随 着 约 束 拉 杆 间 距 的减 少 和 直 径 的 增 大 ，偏 压 短 柱 的 极 限 承 载 力 增 大 ； 随 着
值 计算 ，通过计 算结 果 与试验 结果 的 比较 验证 纤维模 型法 的合理 性 ，同时 讨论各 种 因素对 带约束拉 杆矩
形 钢管混凝 土 短柱 的单 向偏 压 和双 向偏压 承载力 的影 响 。
１ 数 值 分析
钢管混凝土轴心受压短柱可靠度分析
钢 管 混凝 土 轴 心 受压 短柱 可 靠度 分 析 ★
石 建 军 马青松
摘 要 ： 于随机 有限元的可靠度研 究方法对钢管混凝 土轴 心受压短构件进行 了可 靠度 分析 ， 基 分析 结果表 明 ： 各随机 在
变量 中， 材料 弹性 模 量 对钢 管混 凝 土 轴 心 受 压 短柱 可 靠度 指 标 影 响 最 大 ， 几何 尺 寸 随机 变量 次 之 。 关键 词 ： 管 混凝 土 ， 机 有 限 元 ， 靠度 ， 心 受 压 钢 随 可 轴
［ ］ 夏南凯， ２ 田宝江， 王耀 武． 控制 性详 细规划 ［ ． ２版． Ｍ］ 第 上
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参考文献 ：
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钢管-木-混凝土轴压短柱有限元分析
沈阳建筑大学学报(自然科学版)Journal of Shenyang Jianzhu University (Natural Science)2 02 1 年3 月第37卷第2期Mar. 2021Vol. 37, No. 2文章编号：2095 -1922(2021)02 -0193 -09 doi ：10.11717/j. issn ：2095 -1922.3221.32.31钢管-木-混凝土轴压短柱有限元分析李帼昌，岳祥虎，杨志坚(沈阳建筑大学土木工程学院，辽宁沈阳119168)摘 要目的分析钢管-木-混凝土短柱在轴压荷载作用下的力学性能，研究不同参数对其受力性能的影响规律。
方法合理地选用钢材、混凝土、木材的本构关系，采用非线性有限元软件ABAQUS 对钢管-木-混凝土轴压短柱进行有限元模拟，分析 典型构件的荷载-位移曲线。
结果 随着木材截面尺寸的增大，构件的初始刚度不变,极限承载力呈现小幅度增长，荷载-位移曲线下降段逐渐变缓，构件延性得到有 效改善，但木材截面尺寸过大构件延性优势有所减弱；随着钢管壁厚、钢材强度和混 凝土强度的增大，构件荷载-位移曲线的弹性阶段变化不明显，构件的承载力增大。
结论在钢管混凝土中加入木材后，利用木芯轻质高强的特点替代核心混凝土，可以显著减轻结构自重，有效延缓混凝土裂缝的开展，改善组合柱的延性性能。
关键词有限元模拟；木材截面形式;木材尺寸;钢材强度;混凝土强度中图分类号TU331文献标志码AFinite Element Analysis of Steel Tube-Wood-ConcreteShort Columni undee Axial CompressionLI Guochang ，Y UE Xianghu ，Y ANG Zhijian(Sciool of Civil Engineering ,Shenyang Jianzhu University , Shenyang ,China, 119166)Abstrecr : This panes analyzes tUe mechanicnl pTopenies of the steel pipe wood ceocnte siort celumn unCes the axS loan , ang explores the influence of the form and size of the wood section , the wall thichness of thn steel UU c , thn steel snennth and thn on thn 1^00x 0x 11010x 3 of the memben. The nouUnear finite element software ABAQUS is uset to simulath the axiat compression shot column of steet tuUe wood chucrete i C analyze the loan dispUcement corve of typicnt chmpouents. The section size of wood hns little influence on the ultimate bearinn canacite of the 011110^x 1,14 has a gnat influence on he ducthUy of the cemponent ； with heof the section size of wood , the initial stiffness of the ccmponenl remains unchangeX , Weultimate bearing canacity shows a smaX , the curve of the fallinc section of We loaC dispucement cerve graXuallu slows down, anC We ductility of the cemponent is effectOeU improveX , bul We ductility advenWgc of the cempouent decreases with the increase of the sectiou收稿日期：2019-H-09基金项目：国家自然科学基金项目(51938005)作者简介:李帼昌(1964—),女，教授，博士，主要从事钢与混凝土组合结构等方面研究。
局部腐蚀钢管混凝土短柱轴压性能试验结果
局部腐蚀钢管混凝土短柱轴压性能试验结果局部腐蚀钢管混凝土短柱轴压性能试验结果步骤一：引言腐蚀是钢管混凝土结构常见的问题之一，而局部腐蚀则更加具有挑战性。
本文旨在通过局部腐蚀钢管混凝土短柱的轴压性能试验，研究其破坏机理和受力性能。
通过对试验结果的分析，将深入探讨局部腐蚀对钢管混凝土结构的影响。
步骤二：试验设计首先，根据实际情况，选取一定数量的钢管混凝土短柱作为试验样本。
然后，在某一侧面对钢管进行局部腐蚀处理，模拟实际中常见的腐蚀情况。
接下来，将样本置于试验机上进行轴压试验，记录试验过程中的载荷-位移曲线和破坏形态。
步骤三：试验结果分析通过试验结果的分析，可以得到以下结论：1. 局部腐蚀对钢管混凝土短柱的轴压性能有明显的影响。
腐蚀部位降低了钢管的承载能力，导致短柱整体的强度下降。
2. 随着腐蚀程度的增加，试验样本的破坏形态发生了变化。
在未腐蚀部分，短柱以整体的方式发生破坏；而在腐蚀部分，钢管发生塑性变形并失效，导致破坏发生在腐蚀部位。
3. 腐蚀对试验样本的刚度也产生了影响。
腐蚀部位的刚度明显降低，导致整个试验样本的刚度减小。
步骤四：讨论和启示基于以上试验结果，可以得出以下结论和启示：1. 局部腐蚀对钢管混凝土结构的安全性和可靠性产生了不可忽视的影响。
在工程实践中，必须对局部腐蚀进行充分的考虑，并采取相应的防护措施。
2. 钢管混凝土结构的设计应该考虑到腐蚀对结构的影响，特别是在潮湿环境和腐蚀性介质中的使用情况。
3. 对于已经发生局部腐蚀的结构，需要采取相应的修复措施，以提高结构的承载能力和使用寿命。
步骤五：结论通过局部腐蚀钢管混凝土短柱的轴压性能试验，本研究深入探讨了腐蚀对钢管混凝土结构的影响。
试验结果表明，局部腐蚀对短柱的承载能力、破坏形态和刚度产生了明显的影响。
因此，在实际工程中，应当充分考虑腐蚀对结构的影响，并采取相应的预防和修复措施，以确保结构的安全性和可靠性。
钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟
第17卷第32期2017年11月1671 — 1815(2017)032-0233-06科学技术与工程Science Technology and EngineeringVol. 17 No.32 Nov. 2017©2017 Sci.Tech.Engrg.钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟杨晓杰1!2刘晨康1!2!耿强1!2王嘉敏1!2宋志刚1!2赵东东1!2张磊2 (中国矿业大学（北京）深部岩土力学与地下工程国家重点实验室1 $力学与建筑工程学院2$北京100083)摘要钢管混凝土短柱是研究钢管混凝土最基本的构件，研究钢管混凝土短柱有助于了解钢管混凝土的力学性能，为研究 其他构件提供了一个基础。
对钢管混凝土短柱的力学性能进行了分析，归纳总结了短住轴压承载力理论计算公式，并采用有 限元软件ABAQUS对不同壁厚钢管混凝土短柱进行轴心受压模拟。
总结得出，随着壁厚的增加，钢管混凝土短柱的极限承载 能力逐步提高，二者之间符合线性关系。
将数值模拟软件计算求得不同壁厚短柱极限承载力与理论公式计算得出的值做出 对比分析，校核发现两者较为接近，说明数值模拟计算效果良好。
最后，总结分析位移荷载曲线，提出钢管混凝土短柱塑性破 坏角概念。
随着钢管壁厚的增加，短柱塑性变形能力提高，塑性破坏角变大，当壁厚达到11. 185 1m m时，短柱发生理想塑性 变形。
关键词钢管混凝土 轴心受压 极限承载力 壁厚效应 数值模拟 塑性破坏角中图法分类号TD353.2; 文献标志码A钢管混凝土结构和其他工程材料想比具有延性好、承载力高等优点，在建筑和桥梁工程的施工中得到了非常广泛的应用(1—6]。
钢管混凝土短柱轴心受压是工程中比较常见的一种受力形式，许多专家学者也对此进行了研究，在短柱抗压性能的研究过程中，提出了统一理论[1]和极限平衡理论[2]。
韩林海[4]进行了圆钢管混凝土短柱轴压性能实验研究，研究表明钢混短柱的延性较好、承载能力高，在不同约束效应下短柱呈现不同的破坏形态，主要分腰鼓状破坏和剪切型破坏两种典型破坏形态。
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1． 2
混凝土的本构关系
钢管混凝土构件计算中的核心问题是受压混凝土强度的提高
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模拟加载后构件破坏数据表
钢材与混凝土承载力之和 / kN 28 935 提高 / % 17
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（ 1）
E s = 2． 06 × 10 5 MPa； ε e = 0． 8 f y / E s ； ε e1 = 1 ． 5 ε e ； ε e2 = 其中， 10 ε e1 ； ε e3 = 100 ε e1 ； A = 0 ． 2 f y / （ ε y － ε e ） 2 ； B = 2 Aε y ； C = 0 ． 8 f y + A （ ε e ） 2 － bε e 。σ 为钢的应力； ε 为钢的应变； f y 为钢的屈服点。
fu
o εe εe1 εe2
εe3ห้องสมุดไป่ตู้
1 1． 1
理论计算 钢材的本构关系
在进行钢管混凝土的理论计算时， 钢材就采用普通的应力 —
图 1 钢材的应力—应变关系图
应变关系。在进行有限元模拟时， 须采用三向受力的钢材的本构 。 关系 钢材的应力—应变关系曲线一般可分为弹性段（ oa ） 、 弹塑性 塑性段（ bc） 、 强化段（ cd） 和二次塑流（ de） 五个阶段， 如图 段（ ab） 、 1 所示 。图中点划线为钢材实际的应力 —应变曲线， 实线所示为 fp ， fy ， f u 分别为钢材的比例极 简化的应力—应变关系曲线， 其中， 屈服极限和抗拉强度极限 。 限、 本文进行了矩形钢管混凝土轴压短柱试件的数值计算， 钢材 。 近似按单向受力考虑
表3
总承载力 / kN 35 471
E s ε（ ε≤ ε ） 2 － Aε + Bε + C（ ε e ＜ ε≤ε e1 ） f y （ ε e1 ＜ ε≤ε e2 ） σ= － ε e2 fy 1 + 0． 6 ε （ ε e2 ＜ ε≤ε e3 ） e3 e － e ε2 1 ． 6 f y （ ε ＞ ε e3 ）
摘
要： 针对矩形钢管混凝土轴压短柱其钢管对核心混凝土的约束作用对轴压构件的承载力影响的问题， 通过理论计算与试验数
提出了用一个一次二项式来拟合相关系数与截面形状系数 的关系及用截面形状系数 来修正圆钢管混凝土轴压 据分析对比， 短柱承载力公式在实际应用中的可行性 。 关键词： 矩形钢管混凝土， 轴压短柱承载力， 约束作用， 截面形状系数 中图分类号： TU375 文献标识码： A
FAN Jia （ Shanxi Building Science Research Institute，Taiyuan 030001 ，China）
Abstract： Taking a layeradding renovation project of concrete structure as the background，this paper researched the bonding layer treatment method of column section newold concrete，and made modeling analysis to outsourcing angle steel concrete columns using ANSYS finite element software，had important meaning to improve the bearing capacity of concrete column． Key words： concrete structure，layeradding renovation，comprehensive treatment method，bearing capacity
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结语
1 ） 外包角钢法加固后的柱承载力较原柱构件所具承载力提 高约 17% ， 因此在对柱构件进行外包角钢加固设计时， 可以适当 降低按规范计算的安全储备 。 2 ） 在柱构件进行外包角钢加固设计时， 可以适当考虑角钢和 缀板共同作用下的套箍作用， 该作用有助于提高混凝土柱的承载力。 参考文献：
The comprehensive treatment of column section newold concrete in structure reinforcement
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引言
fu fy fp a b c
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钢管混凝土构件由钢管和混凝土两种材料共同组成， 其工作 的实质在于钢管与核心混凝土间的相互作用和协同互补 。 一方 面， 钢管对核心混凝土的约束作用使混凝土处于三向压应力状 态， 从而使混凝土的强度得以提高， 塑性和韧性也大为改善； 另一 核心混凝土阻止了钢管向内局部屈曲， 从而增强了结构体 方面， 系的稳定性和承载力。
30 收稿日期： 2012-08作者简介： 史义博（ 1982- ） ， 男， 工程师
第 38 卷 第 33 期 2012 年11 月 文章编号： 1009-6825 （ 2012 ） 33-0063-03
山
西
建
筑
SHANXI
ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 33 Nov． 2012
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矩形钢管混凝土轴压短柱研究
史义博
（ 中国中元国际工程公司， 北京 100089 ）