矩形鋼管混凝土柱共同工作組合力學(xué)性能研究.pdf

1、鋼管混凝土柱因具有承載力高，延性好和耗能能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)己逐漸在現(xiàn)代結(jié)構(gòu)中被采用。矩形鋼管混凝土柱不僅克服了圓鋼管混凝土柱因截面形狀特殊帶來的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)困難的缺點(diǎn)，而且還優(yōu)于方鋼管混凝土柱能在兩個(gè)主軸方向提供不同的抗彎剛度以滿足結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)需求的優(yōu)點(diǎn)。因此，矩形鋼管混凝土柱在實(shí)際應(yīng)用中具有廣泛的發(fā)展前景。
　　 鋼與混凝土之間的界面承載力是鋼和混凝土共同工作的保證和表征。對界面承載力的不同認(rèn)定是目前國內(nèi)外現(xiàn)行規(guī)范中鋼管混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算理

2、論差異的根本原因。鋼管混凝土柱的截面形式不僅影響了鋼管對核心混凝土的約束力，也影響了界面承載力的大小以及鋼管混凝土柱的整體力學(xué)性能。先前關(guān)于鋼管混凝土的基本力學(xué)性能研究主要集中在圓形和方形鋼管混凝土柱的性能研究，對矩形鋼管混凝土柱的基本力學(xué)性能研究尚不充分，因此尚需要進(jìn)行深入研究以指導(dǎo)實(shí)際工程。
　　 本文主要從界面承載力，不同加載方式對構(gòu)件軸壓性能的影響以及核心混凝土對矩形鋼管混凝土構(gòu)件偏壓性能的貢獻(xiàn)率等方面開展了矩形鋼管混凝

3、土柱的基本力學(xué)性能研究。
　　 為研究矩形鋼管混凝土柱的界面粘結(jié)性能，對18個(gè)矩形鋼管混凝土柱進(jìn)行了推出試驗(yàn)研究。主要的試驗(yàn)參數(shù)有：混凝土強(qiáng)度等級、鋼材強(qiáng)度等級、界面粘結(jié)長度、截面尺寸和界面處理方式。試驗(yàn)結(jié)果表明：對鋼管表面進(jìn)行潤滑處理能使界面承載力明顯降低；在所有正常界面處理的構(gòu)件中(界面沒有做潤滑處理)，混凝土強(qiáng)度對于界面承載力的影響最大。此外，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析了構(gòu)件的荷載一滑移曲線；提出了一個(gè)四折線型的界面應(yīng)力-滑移模型；

4、揭示了界面應(yīng)力在鋼管截面短邊和長邊方向沿鋼管全長的分布；通過對本次試驗(yàn)數(shù)據(jù)和他人試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行非線性回歸，首次提出了矩形鋼管混凝土柱的平均極限界面應(yīng)力計(jì)算公式。
　　 為進(jìn)一步深入研究矩形鋼管混凝土柱的界面粘結(jié)性能，明確界面承載力的組成成分的比例，對6個(gè)相同截面大小的矩形鋼管混凝土柱進(jìn)行了反復(fù)推出試驗(yàn)。主要的試驗(yàn)參數(shù)有：混凝土強(qiáng)度等級和不同的界面處理方式。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析了在反復(fù)加載過程中界面承載力的發(fā)展和組成。通過對比第一次加載

5、過程中界面處理的構(gòu)件與界面未處理構(gòu)件的平均極限承載力得到了機(jī)械咬合力占界面承載力的比率；通過對比第一次和第三次加載過程中界面未處理構(gòu)件的平均極限承載力確定了界面摩擦力占界面承載力的比率。在此基礎(chǔ)上，首次提出了矩形鋼管混凝土柱的界面承載力三個(gè)組成部分：化學(xué)膠結(jié)力、機(jī)械咬合力和界面摩擦力的相對比率。最后研究了矩形鋼管混凝土柱的臨界剪力傳遞長度的確定方法，以指導(dǎo)實(shí)際工程中矩形鋼管混凝土柱的設(shè)計(jì)。
　　 為研究全截面受壓和鋼管先受壓兩種

6、不同受壓方式對鋼管混凝土柱軸壓性能的影響，對18個(gè)鋼管混凝土柱開展了軸壓性能試驗(yàn)研究。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，比較了不同受壓方式對矩形鋼管混凝土柱的極限承載力的影響；分析了矩形鋼管混凝土柱的泊松比隨著荷載增加的發(fā)展變化；研究了鋼對混凝土的約束系數(shù)對構(gòu)件在軸心荷載作用下的強(qiáng)度指標(biāo)和延性指標(biāo)的影響；根據(jù)鋼管應(yīng)變變化，分析了鋼管對構(gòu)件承載力的貢獻(xiàn)，研究了鋼材的軸力分配系數(shù)隨荷載增加的變化過程；將本次試驗(yàn)結(jié)果以及參考文獻(xiàn)中關(guān)于矩形鋼管混凝土柱的軸壓試驗(yàn)研

7、究的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與各國規(guī)范預(yù)測值進(jìn)行對比，提出了矩形鋼管混凝土柱在鋼管先受壓方式下的承載力計(jì)算公式，并在考慮界面承載力大小的基礎(chǔ)上，分析了現(xiàn)存三大計(jì)算理論的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析其對全截面受壓方式的矩形鋼管混凝土柱的承載力預(yù)測精度，指出在預(yù)測矩形鋼管混凝土柱的軸壓承載力方面上，疊加理論是計(jì)算原理合理和精度較高的計(jì)算理論。
　　 為研究矩形鋼管混凝土柱的偏壓性能，對17個(gè)鋼管混凝土柱進(jìn)行了單向壓彎和雙向壓彎試驗(yàn)研究。主要的研究參數(shù)有：混凝土強(qiáng)

8、度等級、鋼材強(qiáng)度等級、截面尺寸、偏心距。記錄了試驗(yàn)過程中試件在兩個(gè)主軸方向荷載與跨中側(cè)移的變化關(guān)系，以及構(gòu)件豎向壓縮隨荷載的變化關(guān)系；分別研究了鋼管混凝土約束系數(shù)和偏心率對試件在偏壓荷載作用時(shí)的強(qiáng)度指標(biāo)和延性指標(biāo)的影響；通過有限元軟件建立了在實(shí)際試驗(yàn)中采用的矩形鋼管的模型，模擬得到空鋼管在相應(yīng)偏心荷載作用下的承載力，對比有限元結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果得到了核心混凝土對鋼管混凝柱偏壓承載力提高的貢獻(xiàn)率；根據(jù)AISC2005和EC4中塑性應(yīng)力分布法的