帶缺陷方鋼管混凝土框架柱工作性能淺析

惠擎宇

1 概述

鋼管混凝土由于其優越的工作性能目前已經得到廣泛的工程應用。鋼管混凝土受壓構件的承載力大大高于鋼管和核芯混凝土單獨承載力之和。它特別適合軸心受壓和小偏心受壓。鋼管混凝土柱的核芯混凝土由于受到鋼管的有效約束，在地震作用下不會像鋼筋混凝土柱那樣發生保護層破裂剝落而使柱的橫截面積嚴重削弱的現象。但在施工過程中，對混凝土而言屬隱蔽性工程，可能會造成鋼管混凝土產生缺陷。混凝土在缺陷處發生離析;有時管內空氣不能順利排出亦會在管內造成蜂窩。本文以實際的工程為背景，分析了核芯混凝土在澆筑過程中最可能產生的較大的質量缺陷(澆筑時鋼管內環板下容易產生孔洞)出現時鋼管混凝土柱的工作性能。

2 模型的建立

本文作者根據某工程裙房結構圖，經過一定的簡化，利用ANSYS10.0有限元分析軟件，建立了一榀三跨六層的方形鋼管混凝土柱—工字鋼梁框架的三維模型(見圖1)。假定首層一根中柱內環板下方混凝土在施工時有缺陷，出現孔洞見圖2。

圖1 整體一榀框架模型

圖2 首層中柱節點

本文中所建立的混凝土缺陷(孔洞)沿橫截面每邊寬度均為50 mm，沿柱高度方向為30 mm。主要對結構進行了靜態非線性分析。在求解時打開大變形開關，程序均運行良好。

提取每個鋼管模型最上層單元的節點反力進行分析。即如圖3所示為最上層的鋼管單元應力。

圖3 鋼管模型最上層單元節點圖

3 鋼管單元的應力分析

對核芯混凝土采用d—p模型，在無缺陷和有缺陷狀態下，均按罕遇地震時框架承受的水平荷載加載，鋼管單元應力隨荷載增加變化見表1。

表1 鋼管單元應力隨荷載增加變化情況

從表1可以看出，混凝土缺陷附近鋼管較之無缺陷時有比較明顯的應力增長。如果這部分結構是某框架承載力的決定因素，那么混凝土缺陷的存在將影響整個結構的極限承載力。

4 結語

通過分析可以看出，核芯混凝土缺陷的存在使得框架的安全儲備降低極大。核芯混凝土缺陷的存在，使得周圍鋼管單元應力有很大程度的提高，本文所模擬的混凝土缺陷使得鋼管所受應力提高了25%以上。這與實際情況所反映的一致，可以充分說明核芯混凝土缺陷的存在會大大降低鋼管混凝土柱的承載能力。所以在核芯混凝土澆筑過程中，需要嚴格要求混凝土的質量，特別是對混凝土的和易性的控制和充分的振搗。

［1］ CECS 28∶90，鋼管混凝土結構設計與施工規程［S］.

［2］ GB 50009-2001，建筑結構荷載規范［S］.

［3］ GB 50007-2003，鋼結構設計規范［S］.