基于MCFT方鋼管混凝土柱受剪承載力計算模型

王震 王景全++劉桐旭

摘要：為準確預測方鋼管混凝土柱（square concrete filled steel tube，SCFST）受剪承載力，建立了基于修正壓力場理論（modified compression field theory， MCFT）的SCFST受剪承載力計算模型.該模型通過力的平衡和變形協調考慮壓彎剪耦合作用，結合對SCFST受剪承載力機制的分析，推導出了計算SCFST受剪承載力的一般公式.注意到SCFST在試驗中出現了兩種不同的剪切破壞模式，模型分別給出了相應的破壞判別條件.利用SCFST受剪承載力計算模型對收集到的17根試件進行計算，所得結果與試驗值吻合較好.研究發現，SCFST受剪承載力計算模型不僅可以計算SCFST在壓彎剪共同作用下的受剪承載力，而且可以對SCFST的破壞模式進行判斷，結果可信，可用于SCFST受剪承載力計算.

關鍵詞：鋼管混凝土；受剪承載力；理論模型；修正壓力場理論；破壞模式

中圖分類號：TU392.3 文獻標識碼：A

方鋼管混凝土（square concrete filled steel tube，SCFST）柱因具有對建筑布局影響小等優點，在高層建筑和空間結構中得到了廣泛應用[1-2].通常認為，SCFST柱在進行壓彎作用設計時，其受剪承載力能夠滿足設計要求而無需進行驗算[3].但隨著工程實踐的發展，在一些情況下，如SCFST結構用作支撐空間網殼的短柱時[4]，構件會承受很大的剪力，為保證結構安全，需要對SCFST柱的受剪承載力做出合理準確的估計.故有必要針對SCFST柱的受剪承載力進行專門研究.

湖南大學學報（自然科學版）2016年

第9期王震等：基于MCFT方鋼管混凝土柱受剪承載力計算模型

目前，針對SCFST柱受剪承載力開展的研究還很少.Tomii和Sakino[5]進行了40根恒定軸壓下SCFST柱受剪承載力的試驗研究，主要考察了軸壓比、剪跨比和截面寬厚比等參數的影響；堯國皇[6]利用Abaqus有限元模型分析了SCFST柱在壓、彎、扭、剪及其復合受力狀態下力學性能，并在參數分析的基礎上給出了承載力的實用計算方法；陳宇超[7]借助Abaqus有限元模型討論了不同受力狀態下矩形鋼管混凝土承載力隨主要參數的變化規律；黃勇等[4]進行了6根SCFST短柱的無軸力受剪承載力試驗，對試件分別施加水平單調荷載和往復荷載，并對試驗結果進行了有限元模擬；蔡健等[8]進行了6個足尺SCFST柱的受剪承載力試驗，分析剪跨比和軸壓比等因素對試件受剪承載力的影響，并對試件的受剪性能進行了有限元分析；郭淑麗和陶忠[9]進行了10根SCFST短柱的受剪承載力試驗，重點考察了剪跨比、軸壓比、混凝土強度和鋼管強度等參數對SCFST短柱受剪承載力的影響.然而，對SCFST柱受剪承載力的研究目前仍停留在試驗研究和有限元模擬階段，缺乏相應的理論計算模型.本文基于修正壓力場理論（modified compression field theory， MCFT）[10]，建立了可用于計算壓彎剪作用下SCFST柱受剪承載力的理論模型，并通過與已有試驗資料比較，證明了理論模型的正確性.

3結論

本文基于MCFT建立了關于SCFST的受剪承載力計算模型.該模型可以考慮壓彎剪耦合作用，不僅給出了SCFST受剪承載力計算的一般公式，而且對SCFST兩種不同的剪切破壞模式進行了區分，分別給出了相應的破壞判別條件.通過與收集到的17根試件的試驗值進行對比，發現模型計算結果與試驗值吻合較好，該模型可以用于SCFT在壓彎剪共同作用下受剪承載力的預測與破壞模式的識別.

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