軸心受壓雙鋼管混凝土短柱的理論分析和試驗研究.pdf

1、雙鋼管混凝土柱是指在內(nèi)、外層同心放置的兩根圓鋼管的內(nèi)芯和內(nèi)、外鋼管之間的外層部分都同時澆注混凝土的一種復(fù)式鋼管混凝土柱。雙鋼管混凝土柱的承載能力、變形能力和耐火性能等都優(yōu)子單鋼管混凝土柱，故可用于為了提高單鋼管混凝土柱的耐火性能，加固以及當(dāng)柱截面尺寸受到限制時。雙鋼管混凝土柱與單鋼管混凝土柱相比，在受力特點和承載能力上既有聯(lián)系又有區(qū)別，其受力性能的分析和承載力的確定都是值得研究的問題。到目前為止，只有少數(shù)學(xué)者做過雙鋼管混凝土柱的試驗研究

2、。 本文采用理論分析、試驗與數(shù)值計算相結(jié)合的方法，對軸心受壓雙鋼管混凝土短柱的承載力與防火能力進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，主要包括以下內(nèi)容： 1．根據(jù)纖維模型法原理，采用適用于鋼管混凝土受力特性的鋼材與混凝土材料本構(gòu)關(guān)系，給出了軸心受壓雙鋼管混凝土短柱的荷載一位移全過程數(shù)值分析和軸心受壓雙鋼管混凝土短柱的正截面承載力計算公式。結(jié)果表明軸心受壓雙鋼管混凝土短柱具有非常好的延性和較高的承載能力，通過與相同含鋼率的軸心受壓單鋼管混凝土短

3、柱受力過程的對比表明，雙鋼管混凝土柱的承載力明顯高于單鋼管混凝土柱。同時在數(shù)值分析基礎(chǔ)上，還研究了內(nèi)、外鋼管對內(nèi)、外層混凝土的約束機(jī)理。 2．對五個雙鋼管混凝土短柱進(jìn)行了軸心受壓試驗以驗證前面理論分析的正確性。試驗結(jié)果表明，在軸心受壓荷載作用下雙鋼管混凝土柱的受力全過程是由彈性、彈塑性以及破壞三個階段組成的，具有很好的延性，試件的荷載一軸向變形曲線與數(shù)值分析結(jié)果符合較好。由于雙鋼管混凝土短柱截面含鋼率較高，鋼管對核心混凝土的約束

4、效應(yīng)較大，所有試件破壞模式均為腰鼓型破壞。試件的整體工作性能較好，外鋼管與內(nèi)鋼管變形一致。試件的極限承載力隨著套箍系數(shù)增大逐步增加。 3．對軸心受壓雙鋼管混凝土短柱的受力全過程進(jìn)行了有限元分析，給出的荷載一位移曲線、破壞模式以及正截面承載力都與試驗結(jié)果符合較好。 4．研究了內(nèi)鋼管徑厚比、內(nèi)外鋼管直徑比以及外鋼管徑厚比等因素對軸心受壓雙鋼管混凝土短柱正截面受壓承載力的影響。研究表明，內(nèi)、外鋼管直徑比對雙鋼管混凝土柱軸壓承載

5、力影響較大。在外鋼管厚度以及內(nèi)鋼管面積一定的情況下，直徑比在0.3～0.9之間時，柱的承載力隨直徑比的增大而提高，但達(dá)到最大值后就逐漸變小。達(dá)到最大值時的直徑比一般為0.6～0.7。 5．研究了雙鋼管混凝土柱耐火承載力以及火災(zāi)后的剩余承載力。通過選取合適的鋼材與混凝土熱工性能模型，在有限元程序中模擬了ISO-834標(biāo)準(zhǔn)火災(zāi)升溫曲線下雙鋼管混凝土柱的截面升溫過程，得出了截面溫度場分布以及不同部位的升溫過程曲線。在此基礎(chǔ)上結(jié)合鋼管、

6、混凝土高溫下以及高溫后的應(yīng)力一應(yīng)變本構(gòu)模型分別對高溫下與高溫后軸心受壓雙鋼管混凝土短柱進(jìn)行了受力全過程數(shù)值分析，得到了高溫下(后)軸心受壓雙鋼管混凝土短柱的受力特點。分析結(jié)果表明試件經(jīng)歷的最大溫度值以及內(nèi)鋼管的直徑大小對高溫下(后)極限承載力影響較大。由于外層混凝土的吸熱作用，內(nèi)鋼管與內(nèi)層混凝土將在高溫下(后)處于較低的溫度場內(nèi)，其承載力降低較小。 6．給了高溫下(后)軸心受壓雙鋼管混凝土短柱的承載力計算公式，并探討了火災(zāi)后雙鋼