置換系數對鋼管混凝土疊合柱壓彎性能的影響

朱　艷

(大同煤礦集團有限責任公司企劃部，山西 大同　037003)

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置換系數對鋼管混凝土疊合柱壓彎性能的影響

朱艷

(大同煤礦集團有限責任公司企劃部，山西 大同037003)

設計了4個除置換系數外其他參數均一致的鋼管混凝土疊合柱試件，通過偏心受壓試驗，研究試件從加載到混凝土壓碎的全過程，并記錄分析了其破壞現狀，結合測得的各試件極限承載力，分析了置換系數對鋼管混凝土疊合柱在偏心荷載作用下的壓彎性能的影響,試驗結果表明，置換系數可提高構件承載力，但提高幅度不大。

鋼管混凝土疊合柱，置換系數，偏心受壓試驗,極限承載力

鋼管混凝土疊合柱[1-5]是由截面中部的鋼管混凝土和鋼管外鋼筋混凝土組成的一種疊合構件，其具有抗剪承載力高、延性好及易實現強剪弱彎的優良特性。基于前述研究，本文共設計4個矩形截面的鋼管混凝土疊合柱(編號分別為Z1，Z2，Z3，Z4)進行偏心受壓試驗研究，通過實踐觀察上述構件的破壞形態，及依據所測得的極限承載力進一步獲得在其余參數均一致的情況下，置換系數(鋼管外徑與柱截面寬度的比值)對鋼管混凝土疊合構件壓彎性能的影響。

1　試驗概況及材料性能試驗

1.1試驗設計及材料性能試驗

本試驗共設計4個矩形截面鋼管混凝土疊合柱試件，詳細參數見表1。

表1　試件參數

混凝土材料性能試驗結果詳見表2。本試驗的鋼管采用無縫鋼管，縱筋和箍筋均采用HPB235，鋼材材料性能試驗結果詳見表3。

表2　混凝土材料性能試驗結果　MPa

表3　鋼材材料性能試驗結果

混凝土構件在自然養護完成后，在試件表面畫出定位軸線，為后續貼應變片做準備。為測得鋼管、縱筋和混凝土材料的應變及加載過程中的應力變化，共粘貼22個應變片，應變片粘貼布置示意圖見圖1。

1.2試驗加載方案

本試驗加載裝置采用長春試驗機有限公司生產的YAW-5000型5 000 kN大型壓力試驗機。試件加載方式為刀鉸加載。加載裝置尺寸示意圖見圖2。

2　試驗結果與分析

2.1試件極限承載力的測定

采用上述壓力加載裝置，在其余參數均相同的情況下，研究置換系數對鋼管混凝土疊合柱的壓彎性能的影響，經試驗可知，Z1，Z2，Z3，Z4試件的極限承載力，見表4。

表4　Z1，Z2，Z3，Z4試件的極限承載力　kN

2.2試驗過程現狀描述

經試驗過程中的仔細觀察和數據記錄，試件Z1～Z4的加載破壞過程如下：

試件Z1：試件初期準備工作完成后開始加載，根據現場試驗觀察，當荷載加載到48 kN時，該構件跨中附近出現一條橫向裂縫，繼續加大荷載，橫向裂縫擴展并伴隨著新的橫向裂縫出現，當荷載加載到475 kN時，該構件受壓區出現豎向裂縫，當加載到590 kN時，受壓混凝土部分被壓碎，構件破壞。破壞現狀見圖3c)。

由試驗數據分析可知，在加載初期階段，受拉鋼筋的應變相比受拉鋼管較大，當加載荷載達495 kN時，受拉鋼筋先于受拉鋼管屈服，繼續加大荷載，當荷載加大到553 kN時，受拉鋼管屈服，當試件最終破壞時，鋼管和鋼筋的受壓應變基本保持一致且均未達到其各自屈服極限。

試件Z2：試件初期準備工作完成后開始加載，根據現場試驗觀察，當荷載加載到45 kN時，該構件跨中偏上約15 cm處出現一條橫向裂縫，繼續加大荷載，橫向裂縫擴展并伴隨著新的橫向裂縫出現且均在試件偏上部分，當荷載加載到498 kN時，該構件牛腿受壓區出現豎向裂縫，當加載到528 kN時，牛腿下方混凝土部分被壓碎，構件破壞。破壞現狀見圖3a)。

由試驗數據分析可知，在加載初期階段，受拉鋼筋的應變相比受拉鋼管較大，當加載荷載達355 kN時，受拉鋼筋先于受拉鋼管屈服，繼續加大荷載，當加載到523 kN時，受壓鋼筋屈服，當加載到530 kN時，受拉鋼管屈服且構件破壞。當試件最終破壞時，鋼管和鋼筋的受壓、受拉應變基本保持一致。

試件Z3：試件初期準備工作完成后開始加載，根據現場試驗觀察，當荷載加載到90 kN時，該構件跨中偏上約8 cm處出現一條橫向裂縫，繼續加大荷載，橫向裂縫擴展并伴隨著新的橫向裂縫出現，當荷載加載到525 kN時，該構件跨中受壓區出現豎向裂縫，當加載到570 kN時，受壓區混凝土部分被壓碎，構件破壞。破壞現狀見圖3b)。

由試驗數據分析可知，在加載初期階段，受拉鋼筋的應變相比受拉鋼管較大，當加載荷載達425 kN時，受拉鋼筋先于受拉鋼管屈服，繼續加大荷載，當加載到545 kN時，受壓鋼筋屈服，當加載到563 kN時，受拉鋼管屈服且構件破壞。當試件最終破壞時，受壓鋼管應變并未達到其屈服極限即其性能并未充分發揮。

試件Z4：試件初期準備工作完成后開始加載，根據現場試驗觀察，當荷載加載到100 kN時，該構件跨中附近出現一條橫向裂縫，繼續加大荷載，橫向裂縫擴展并伴隨著新的橫向裂縫出現，當荷載加載到570 kN時，該構件受壓區出現豎向裂縫，當加載到600 kN時，受壓混凝土部分被壓碎，構件破壞。破壞現狀見圖3d)。

由試驗數據分析可知，在加載初期階段，受拉鋼筋的應變相比受拉鋼管較大，當加載荷載達490 kN時，受拉鋼筋先于受拉鋼管屈服，繼續加大荷載，受拉鋼管應變增大速率加快，當荷載加到515 kN時，受拉鋼管屈服，當荷載加大到590 kN時,受壓鋼管屈服。當試件最終破壞時，受壓鋼筋應變仍然保持增長即并未進入屈服狀態。

2.3試驗結果分析

1)經上述試驗可知，試件Z1,Z2,Z3,Z4在偏心受壓的情況下，破壞形式基本為受拉鋼筋屈服、受壓鋼筋屈服,并最終導致受壓混凝土被壓碎，構件破壞。2)經上述試驗可知，試件Z1，Z2，Z3，Z4在偏心受壓的情況下，承載力隨著置換系數的增大而增大，但增長趨勢漸緩。

3　結語

本文通過對4個鋼管混凝土疊合柱試件的偏心受壓試驗可知：

1)鋼管混凝土疊合柱構件在其他參數相同的情況下，構件的極限承載力隨著置換系數的增大而增大，但增長趨勢漸緩。說明置換系數可提高構件承載力，但提高幅度不大。2)鋼管混凝土疊合柱構件在偏心荷載作用下的破壞形式基本為受拉鋼筋屈服、受拉鋼管屈服、受壓鋼筋屈服并最終導致受壓混凝土被壓碎，構件破壞。故可認為混凝土疊合柱外圍混凝土被壓碎時，受壓鋼筋已屈服或接近屈服狀態，即后續計算相應承載力時可按受壓鋼筋已屈服考慮。

[1]蔡紹懷.現代鋼管混凝土結構(修訂版)[M].北京：人民交通出版社，2007:3-7.

[2]韓林海，楊有福.現代鋼管混凝土結構技術[M].第2版.北京：中國建筑工業出版社，2007.

[3]林立巖，李慶鋼.鋼管混凝土疊合柱的設計概念與技術經濟性分析[J].建筑結構，2008，38(3):17-21.

[4]康洪震,錢稼茹.鋼管混凝土疊合柱軸壓強度試驗研究[J].建筑結構,2006,36(sup):22-25.

[5]王剛,錢稼茹,林立巖.鋼管混凝土疊合構件受彎性能分析[J].工業建筑,2006,36(2):68-71.

Replacement coefficient on steel concrete composite columns bending performance

Zhu Yan

(Planning-Department,DatongCoalMineGroupCo.,Ltd,Datong037003,China)

Uniform design of 4 other parameters except coefficient of displacement of reinforced concrete column specimens by eccentric compression test, study the specimens to the whole process of crushing of concrete from loading, record and analyze its failure characteristics, through the measured bearing force, analysis of influence bending performance coefficient of displacement of steel concrete composite columns under eccentric load. The test results show that the replacement coefficient can improve the bearing capacity of structure, but the increase is limited.

steel concrete composite columns, replacement coefficient, eccentric compression test, ultimate bearing capacity

1009-6825(2016)19-0043-03

2016-04-28

朱艷(1982- ),女，工程師

TU375

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