方中空夹层钢管混凝土偏心受压柱力学性能的研究

方中空夹层钢管混凝土偏心受压柱力学性能的研究 陶忠韩林海黄宏 (福州大学) 摘要以长细比和偏心率为变化参数．共进行了十二个方中空夹层钢管混凝土偏心受压构件的试验研究。在确 定组成方中空夹层钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力一应变关系摸型的基础上，利用数值解法对方中空夹层钢管 混凝土压弯构件的荷载一变形全过程关系进行了，理论分析结果与试验结果吻台较好。最后，提出了方中空夹 层钢管混凝土压弯构件承载能力实用验算方法。 关键词方中空夹层钢管混凝土柱长细比偏心率荷载一位移曲线承载能力 中围分类号：TU398+．9文献标识码：A 文章编号：1000-131X(2003)02-0033-08 CONCRETE-FILLEDBOLIBLESKINgrEELⅡⅢI】IARCOLUMNWⅡH翻矾IAREbT．趣'ION UND暇RECCENTRICLOAI峪 TaoZhongHartLinhaiHuangHong (FuzhouUniversity) Abstract Theconcfete—filleddoubleskinsteeltubularcolumnwithsquaresectionundereccentricloadsisstudiedinthepa- per．TwelvepiecesofthecolumnaIPtestedinthelabofFuzhouUniversity．Outsidesquaretube ismadeoffourweldedplates； insideisaweldlessstecltube．1'heconcreteissandwichedinbetweenthetwotubes．ThemainpamSffle[ei'svariedinthestudy amtheslendernessratioandtheeccentricityofload．Itisfoundthatthecomputedload—displaecanentrelationsalein删 agreementwiththatofthetestone．Atlast，asimplifiedformulaforthebearingcapacityofthecolumnisproposedinthepa· per· Keywords：concrete—filleddoubleskinsteeltubularcolumnwithsquaresection，slendernessratio，eccentricity，load— displacementcurve，bearingcapacity 1前 言 以往国内外学者已对实心钢管混凝土构件的力学 性能和设计方法进行过深入研究，并取得系列成 果”“]。随着钢管混凝土在高层建筑和桥梁等结构中 应用的日趋增多，近年来，一种新型的钢管混凝土结 构形式——中空夹层钢管混凝土(Concrete—FilledDou． ble_skinSteelTubes)开始逐渐受到有关研究人员和工 程技术人员的重视。该类结构是将两层钢管同心放 置，并在钢管之间填充混凝土而形成的构件，常见的 几种截面形式如图1所示。 和实心钢管混凝土相比，中空夹层钢管混凝土构 收稿目期：2002—01—28 福建省科技藿大项目(2002H007)赘助 件具有截面开展、抗弯刚度大、自重轻和防火性能好 等特点，具有很好的工程应用前景。 国内外学者近十年来对该类结构的力学性能开展 了一些研究工作，例如文献[5—8]研究了如图l(a)所示 截面形式轴压短试件的力学性能。文献[9]研究了图1 (b)所示截面形式轴压短试件和纯弯构件的力学性能。 文献ho，11]进行了图l(a)所示截面形式压弯构件滞回 性能的试验研究；我国学者曾研究过圆形截面的复式钢 管混凝土“2o和空心钢管混凝土柱”1的力学性能等。这 些研究成果为进一步深入研究中空夹层钢管混凝土构 件的力学性能和设计理论创造了条件。 本文拟研究图l(e)所示方中空夹层钢管混凝 土偏心受压构件的力学性能，以往尚未见到该方面研 究的报道。本文拟以长细比和荷载偏心率为参数，进 行十二个试件的试验研究。然后在确定组成方中空夹 层钢管混凝土的钢材和核心混凝土应力一应变关系模 万方数据万方数据 ．34． 土木工程学报 2003年——————————————一—————————————————————————————一———— 型的基础上，利用数值解法计算方中空夹层钢管混凝 上压弯构件的荷载一变形全过程关系曲线。最后提出 2偏心受压试验研究 方中空夹层钢管混凝土压弯构件承载力实用验算方 法，以期为有关工程实践提供参考。 图1常见中空夹层钢管混凝土构件截面示意图 ng、l町picalsedio惜ofconere时tilhddouble-sklnsteeltube口 2．1试验概况 以长细比和偏心率为变化参数，共进行了十二个 试件的试验研究。所有试件均采用了相同的截面形 式，其外层方钢管的截面尺寸B。×t。为120mm× 3．0mm，其中，B。和￡。分别为方钢管的外边长和钢 管管壁厚度；内层圆钢管截面尺寸Di×t．为58n_Ⅱn× 3．Omm，其中D。和t。分别为圆钢管外直径和钢管管 壁厚度，这样所设计试件的空心率口(=D．IB。)为 O．483。试件的基本参数如表1所示。 裹1试件一览衰 №1Tegt胛ⅧⅢIm 试件 L ^ C Ⅳ。 札l Ⅳd／N。 ％ Ⅳd，Ne 编号 (研n) (TBml(kN)(kN) (kN) №1—181070勰8 4 856 8550．999820 0958 mel—lL l啪 28．B 4 972855098l啪 0940 poel—2a107028．8 14 667 6971 045660 0．990 psel一2t1070288 14 750 6970．9296卯 0．880 ㈣1—3a1070288 45 480 4400．917412 0858 Imel一虬107028．8 45 486 4400．905412 0m 融一1日 2136575 0 920 7670834777 0．845 me2—1b213657．5 0 868 7670884777 0895 psc2—2I213657．5 155 596 5620943545 0．914 m一2t2136575 155 570 5620986545 0．956 me2—3日2136575 45 3803620．952351 0蜊 pse2一孔213657，5 45 379 3620．954351 0．926 外层的方钢管由4块钢板拼焊而成，焊缝按《钢 结构设计》进行设计，采用对接焊缝的形式，以 保证所有焊缝处钢材强度不低于钢材母材强度；内层 的圆钢管则采用无缝钢管。 钢管端酃均在车床上刨平，并严格控制同一试件的 内外两层钢管其长度的一致性。试件制作时，先将内层 钢管和试件下部端板进行焊接，再套装外层钢管并将其 和下部端板进行焊接。为保证试件在浇筑混凝土的过 程中其内、外钢管同心的相对位置保持不变，在试件接 近上端的内、外钢管之问焊接短钢筋进行支撑定位。 钢材强度按拉伸试验方法确定，将钢板和由 沿钢管纵向切割下的钢板条做成每组三个的标准试 件，按标准的材料力学方法进行拉伸试验，最终测得 外管钢材的屈服强度(凡)为275．9IVlPa。内管的屈 服强度(凡)为374．5MPa。 浇筑混凝土时，先将试件竖立，从顶部灌人混凝 土，并用≠30振捣棒振捣直至混凝土密实。试件采用 自然养护。混凝土立方试块强度由同条件下成型养护 的15em立方试块测得，28d强度值(厂a。)46．8MPa。 混凝土的用料如下：425号普通硅酸盐水泥；石 灰岩碎石，最大粒径15mm；中粗砂，砂率为0，35。 混凝土的水灰比为0．38，其重量配合比为：水：水泥 ：砂：石=0．38：1：1．11：2．06。 试验在福州大学力学一结构试验中心的500t压力机 上进行，试件两端采用刀铰加载，以期模拟两端为铰接 的边界条件。试验加载和量测装置示意图如图2所示。 考虑到加载时应满足试件不同偏心距(e)的要 求，为此在试件两端设置了特别加工制作的加荷板(图 2b)，加荷板由高强钢材制成，在其上按预定偏心距设 置相应的条形凹槽，与刀口铰的刀口相吻台。刀口铰 通过螺栓固定在压力机的上、下承压板上。为保证试 验安全以及试验过程中构件的对中准确，在加荷板的 中心位置处设置一孔径为2hnm、深为20ram的圆孔， 试验时在试件两端板中心处各焊一直径为20rrml、长为 15Imn的凸榫，和加荷板上的圆孔相吻合。 为了准确测量试件的变形，在每个试件中截面处 外钢管的四个表面中部贴纵向及横向各一、共八片电 阻应变片，同时在试件弯曲平面内沿柱高设置若干电 测百分表以测定试件在加载过程中的侧向挠度变化情 况。对于长细比为28．8的构件，共设置了三个电测 百分表并沿柱高四分点布置；对于长细比为57．5的 万方数据万方数据 第36卷第2期 陶忠等-方中空夹层钢管混凝土偏心受压柱力学性能的研究 ’35‘—二——一——一 a1 1刀u铰2．试件3百分表4应变片 5．加荷板6凸榫 图2试验加载和量测装置示意图 rig2 Testsetupsndi㈣fionbv∞t 构件，除沿柱高四分点位置处布置电测百分表外，还 在试件中截面位置附近的八分点处增加两个电测百分 表以准确反映试件的侧向挠度变化。所有试件端部均 设置了电测百分表以监测试件的纵向总变形(如图2 所示)。试验过程中的变形试验数据均通过IMP数据 采集系统自动采集。 试件采用分级加载制，弹性范围内每级荷载为预 计极限荷载的1／10；当钢管压区纤维达到屈服点后， 每级荷载约为预计极限荷载的1115；每级荷载的持荷 时间约为2min，接近破坏时慢速连续加载。 2．2试验现象与分析 通过对试验的观察，发现所有构件在加载过程中 均表现为侧向挠度不断增加、最终丧失稳定而破坏。 图3所示为试件在试验结束时典型的挠曲破坏情况。 图3试件典型的破坏形态 Fig．3Typlealfailum删eof印ecirmm 在构件初始加载阶段，其跨中挠曲变形较小，挠度 的增长基本上和荷载的增加成正比。当荷载达到极限 荷载的60％。70％左右时，跨中挠度开始明显增加。由 于二阶效应的影响，当跨中挠度达到某一I艋界值时，二 阶弯矩增长速度开始大于截面抵抗弯矩增长的速度，此 时作用在构件上的荷载达到其极限值。此后，构件为维 持其平衡状态，作用在构件上的荷载不断下降，而变形 则迅速发展。在整个变形过程中，少数试件在加载初 期，挠曲线存在上下不完全对称的情况，但这种现象会 随荷载的增加而消失，挠曲线逐渐趋于对称。 经观测和验算，本次试件在变形过程中，其挠曲线 基本上符合正弦半波曲线。图4绘出了试件pscl一3b 和psc2—2a在不同荷载作用阶段其挠度变形的发展情 况。图中横坐标为加载过程中构件不同位置处的挠度 (u)；纵坐标为构件上各点距柱底的高度(／／)；n为作 用在构件上的荷载(Ⅳ)与其极限荷载(N。)的比值。 图5所示为构件的荷载(Ⅳ)与跨中挠度(“。) 关系曲线。从中可以看出，随着构件长细比和偏心率 的增大，构件的刚度减小，极限荷载也随之降低，达 到极限荷载时其跨中挠度相应增加。同时还可以看 出，对于偏心率较大的构件，试件的荷载一位移曲线 在达到极限荷载时呈现出比较平缓的下降趋势。 图4试件在各级荷载作用下的侧向挠度围 F屯．4 I蒯出ne舶0f甲岫underd嗌erentJ∞diaerval 爱咿 万方数据万方数据 ．36． 土木工程学报 2003年——————————————————————————————————一一—— 图5 N-u。关系曲线 Fig．5Load(Ⅳ)VelStlsmid-heightlateral defleetlon(u。)OAAPgeS 在不同的荷载阶段，试件中部截面的纵向应变分 布基本上保持平面，中截面的平均应变发展速度随长 细比增加而减小。在极限状态以前，构件中截面的中 和轴位置略有上升，但并不显著；在极限状态以后， 截面中和轴位置变化较为显著，且随着长细比和偏心 率的增大。这种趋势更为明显。由于所有试件在偏心 压力作用下，其跨中截面都受到轴力和弯矩的联台作 用，在达到极限状态时，其外钢管在弯矩受压区边缘纤 维均已达到屈服，并进入弹塑性或塑性阶段；在弯矩受 拉区边缘纤维则随长细比或偏心率的不同而处于受压 或受拉状态，且材料既可能处于弹性阶段也可能处于弹 塑性阶段。图6所示为所有试件在弯矩作用下的受拉 区和受压区边缘纤维处应变和荷载的变化关系曲线。 图中每个试件均有两条曲线，左边为受拉区边缘纤维应 变变化情况，右边则为受压区边缘纤维应变变化情况， 其中应变以受压为正，受拉为负。可以看出，在达到极 限荷载以前，受压区或受拉区的边缘纤维应变随荷载的 增加而增大；但达到极限荷载以后，对于大部分试件其 应变基本保持不变并略有下降，其原因可能是由于试件 承受的荷载值不断降低，同时试件在进入下降段后，其 中截面附近处压区及压区两侧边钢管管壁会出现较明 显的局部屈曲，产生外凸变形，这种钢管壁的局部明显 弯曲变形，使得此时量测到的纵向应变已不足以代表真 实的构件截面变形。图5用三角形标出了每个试件压 区钢管发生明显的外凸屈曲时的点，可见所有局部屈曲 均基本发生在构件到达极限状态以后不久。 图7所示为全部试件的荷载与相对压缩率(△／ L)的关系曲线。其中，相对压缩率本文定义为柱端 百分表测得的变形值(△)除以构件的长度(L)。从 中可以看出，随着构件长细比的增大，其相对压缩率 有减小的趋势；同时随着构件偏心率的增大，其相对 压缩率有增大的趋势。同时还可以看出．随着构件长 万方数据万方数据 第36卷第2期 陶忠等·方中空夹层钢管混凝土偏心受压柱力学性能的研究 ’37’ 图6受拉区和受压区边缘纤维处 应变随荷载变化的关系曲线 Fig．6A】【谢load㈣extremefibersh茁m atInid_kj曲toft鹄t9peei“ms dml。I矿 lbl 图7相对压缩率和荷载关系曲线 Fig．7AxialloadⅧ¨snominal∞岬md∞ratio叫埘枷pB 细比和偏心率的增大，其刚度和极限承载力都有下降 的趋势，且偏心率较大的构件在达到极限荷载后较偏 心率较小的试件表现出更平缓的下降段。 从以上分析结果可以看出，在本次试验参数范围 内，方中空夹层钢管混凝土偏压构件在试验时表现出 的工作行为与实心的方钢管混凝土基本类似”1。 3荷载-变形关系分析 要对中空夹层钢管混凝土偏心受压构件进行荷载 一变形全过程关系的分析，首先必须确定其钢材和混 凝土的应力一应变关系模型。 文献[13]在确定组成方钢管混凝土的钢材和核 心混凝土的应力一应变关系模型的基础上，利用数值 解法成功地计算出方钢管混凝土轴心受压时的荷载一 变形全过程关系曲线，计算结果和试验结果二者吻合 良好，较为深入地认识了其力学性能。本文暂时采用 文献[13]提供的钢材和核心混凝土应力一应变关系 模型来分析方中空夹层钢管混凝土偏压构件的荷载一 变形关系。 钢材的应力(a)一应变(￡)关系曲线可分为弹 性段(一)、弹塑性段(曲)、塑性段(be)、强化段 (cd)和二次塑流(de)等五个阶段，如图8所示， 图中的虚线为钢材实际的应力一应变关系曲线，实线 所示为简化的应力一应变关系曲线，其中，．厶、．厂T和 f．分别为钢材的比例极限、屈服极限和抗拉强度极 限，各参数的确定方法见文献[13]。 核心混凝土受压时采用如下纵向应力(a)一应变 (s)关系表达式： ，=醺 (x≤1) (1)(x>1) 其中z=E，￡o，y=alao，￡o和do分别为混凝土 峰值点的应变及其对应的应力‘13’；A、B、．9和口的 确定方法参见文献[13]。核心混凝土受拉时的应力一 应变关系按文献[14]提供的模型确定，表达式如 下： ro-p[1．2(E，Eo)一0．2(￡，eo)6】(￡≤e。) 52I一，(e，e。)iijiii；；i：j：：”!—i丽‘e，e，)【。一(678一’iijiii；；i：j：：”!—ijr啊(e，e-) 式中，口，为峰值拉应力，口，=O．26(1．巩)”；￡，为 万方数据万方数据 ．38． 土术工程学报 2003年—————————————————————————一——————————————————————————————一————峰值拉应力对应的应变，￡。=43．1a。(肛jo在确定了钢材及核心混凝土应力一应变关系模型的基础上，即可利用数值方法方便地进行方中空夹层 钢管混凝土偏压构件的荷载一变形全过程关系分析。 计算采用如下假设： (1)方中空夹层钢管混凝土内、外钢管钢材的纵 向应力一应变关系按文献[13]提供的模型来进行计 算；受压区混凝土的应力一应变关系按式(1)确定； 受拉区混凝土的应力一应变关系按式(2)确定； (2)钢和混凝土之间无相对精移，构件截面在变 形过程中始终保持为平截面； (3)忽略剪力对构件变形的影响； (4)构件挠曲线为正弦半波曲线，且考虑构件存 在千分之一杆长的初挠度。 在进行构件荷载一变形关系计算时，首先将构件 跨中截面分为n个单元，包括内、外钢管单元和混 凝士单元。图9所示为截面的单元划分简图和截面应 变分布图。 图8钢材的d一￡关系 Fig．8T婀c自lstrass-slrainmv∞h日ed 图9截面单元划分简图和截面应变分布示意图 Fig．9Sectionunitsanddislribution0fs【Iaim 给定构件跨中初始挠度值Ⅱ。，根据假设(4) 构件的挠曲线方程可以表示为 Y=¨in争 (3) 由此可确定构件跨中截面曲率为 ≯=参Ⅱ。 (4) 根据假设(2)，跨中截面上每个单元形心处的应 变值可表示为 式中，e。为跨中截面形心处的应变 单元形心处的坐标值。 (5) Y。为计算 确定了每个单元形心处的应变值后，根据假设 (1)确定的内、外钢管和混凝土的应力一应变关系， 即可分别计算出内、外钢管单元形心处的应力一⋯ d。。和混凝土单元形心处的应力口" 由此可得内弯矩盯。为 帆=∑(d。；yfdA。。+d。，HdA。。+d。；儿dA。：)(6) 内轴力为N。为 Ⅳ。=∑(口⋯dA。+d⋯dA．+％dA。。)(7) i 通过调整e。，使得构件满足以下内外力平衡条 件： ．|lf。=M。(e+u。)1 } (8) N。=N 』 由此可得N一“。的一组值。 按照上述方法，在计算过程中不断增大“。值， 即可计算出方中空夹层钢管混凝土偏压构件的荷载一 变形关系曲线。 图10所示为偏压构件典型的Ⅳ一H。关系曲线， 一般可分为三个阶段： 图lO偏压构件典型*u。关系曲线 Fig10 TypicalN-H。m∞ofspecimens (1)弹性阶段(OA)。A点处钢管最大纤维压应 力达比例极限。 (2)弹塑性阶段(AB)。随长细比和偏心率的不 同，占点对应的外钢管最大纤维压应力可达屈服点或 进入弹塑性段，截面稍有塑性发展区。 万方数据万方数据 第36卷第2期 陶忠等-方中空夹层钢管混凝上偏心受压柱力学陛能的研究 (3)下降段(BC)。由于_二阶效应的影响，构件 进入下降段，此时跨中截面外钢管屈服区不断向内发 展，截面部分发展塑性。 图5绘出r本次试验全部构件的N’“。关系全过 程分析曲线，可见和试验结果吻合较好。 图11对理论计算的构件极限承载力(，v。)和试 验结果(Ⅳ，)进行了对比，同时，表I列出『．不同 构件二者的比值(Ⅳ。．IN。)，N。。／N。的平均值为 O．944，方差为0．056，可见理论计算结果和试验结果 二者吻合良好。 鼍 Z 世 t 去 剜 剖 网 f ’? ≯ ■ ， 厂’ ／ 0 200 400 600 8001000 试验值N。(kN、 图11承载力理论计算结果与试验结果比较 Fig11 Commonofcalculatedstrengtllbetween mechanicsmodelandtests 4承载力实用验算方法 荷载一变形关系全过程分析虽然能从理论上较为 准确地描述方中空夹层钢管混凝土偏压构件的工作性 能，但计算显得较为复杂，计算方法也不便于实际应 用，有必要提供偏压构件承载力的简化计算方法。 国家军用标准cJB4142--2(3(101161已给出实心方钢 管混凝土构件承载力的设计公式，该公式在常用参数 条件下：即混凝土强度等级为C30．C砷、钢材强度 等级为Q235一Q390、含钢率为O．05～O，20等情况下 可以较为准确地预测构件的承载力。随着对高强钢材 和高性能混凝土以及由其组成的钢管高性能混凝土研 究的不断增多，文献[17]利用数值方法对方钢管混 凝土压弯构件的极限承载力进行了更大范围的参数分 析，然后对文献[16]中的有关计算方法进行了发展 和完善，最终提出一种新的实用计算公式，计算结果 得到大量实验结果的验证。 文献【17】提出的方钢管混凝土轴压构件强度承 载力计算公式直”下： N。=A。·厶 (9) 式中尢，=(1．18+o．85{)’九，$=鲁÷矢，A；和 A，分别为钢管和核心混凝土横截面面积；^为混凝 土抗压强度指标“，对于普通强度混凝土，^= 0．67L。。 对f·方钢管混凝土抗弯强度承载力，文献[17] 给出的计算公式如下： M。=‰·形。t厶 (10) 其叶1，y。=1．04+0．481n(e+0．1)；W。为截面抗弯 模量，∥一=B’／6。 对于方钢管混凝土压弯构件承载力，文献f17] 给出的计算公式如下： 当N／N。≥2矿·玑时 告·瓦N+旦·(玩M)=l QINd M a)妒 。。 、。』一‘ 叫 当Ⅳ，Ⅳu<2矿·7。时 巾(彩)2⋯(最)+i1·㈤M=，Qlb) 式中： ”1‘2P2．仉；虹#瓷；c=掣；d=1-025·㈤E刁。 、』V， N。=丌2·E绷·，洲，L2为欧拉临界力“； f。=1+0．149“3； f0．5—0．3175·}(}≤04) 7。2Io．1+o．13．e—u8l(∈>o，4) 式(11)中，方钢管混凝上轴压稳定系数妒可 按下式计算： cD= I (^≤A。) oA2+n+c(^。<^≤^p) n'、志(^，¨ 式中，系数。：L±一塑毛{生{-L掣；6：。一 、^P一^n， 2以一c=1一d：一舨n；e=砑f≯基于；d=[13500 堋叭·n(2万35)]·(丽25)。3-(晶)。“㈡和a。 分别为构件弹性失稳和弹塑性失稳的界限长细比“。 文献[15]分析了不同参数对方中空夹层钢管混 凝土偏压构件力学性能的影响，发现不同截面空心率 情况下钢材强度(■)、混凝l：强度(^=O．67f,，，)、 名义含钢率(口)、偏心距(e)和构件长细比(^) 是其中的主要影响参数。其影响规律与实心方钢管混 万方数据万方数据 ．40． 土木工程学报 2C03年 ——～一————————————————————————————————————————————————一————凝土类似。在文献[17]提出的方钢管混凝上构件承载力计算公式的基础上，本文给出了方中李夹层钢管 混凝土构件的承载力验算公式。其适用范围为：混凝 土强度等级C30一C60、钢材强度等级0235～9390、 名义含钢率0．05．0．20、空心率0—0．5以及长细比 为10～150。 图12绘出了典型构件在不同偏心距和长细比情 况下的方中空夹层钢管混凝土典型的N／NU--MIM。相 关曲线，和实心方钢管混凝土的曲线非常类似“’“J。 图12NINU--M／M。相关关系 Fig12 N|“。一MIM。interactionCUl、_‘2 图12中，，v。和吖。分别为方中空夹层钢管混凝土 构件的轴压承载力和抗弯承载力，Ⅳ．按下式计算““： ，v。=A√0+A√j (13) 式中，丘，为外钢管及其核心混凝土的组合轴压强度， 厶=(1．18+o．85∈)’A，e=呱帆=A。厶／A。^， A。、厶、和A。^分别为外钢管和内钢管的截面面积及其屈服强度，n为名义含钢率，a=Am／A⋯A 为外钢管自身截面内部所包含的空隙面积，A。=A。 +A。，4。为核心混凝土截面面积。 M。可按下式计算63： M。=7。形—厶+E，^ (14) 式中y。为抗弯承载力计算系数，y。=1．04+0．48× In(￡+0．I)；形一为外钢管及其核心混凝土的组合抗 弯模量，形。=B03／6一丌D。4／(32B。)；E．为内钢管 截面抗弯模量，形．．=zrD?132。 利用前述荷载一变形数值分析方法，文献『15] 对方中空夹层钢管混凝土偏压构件进行了大量的参数 分析，根据分析结果，发现利用式(11)可以验算方 中空夹层钢管混凝土压弯构件的承载力““，式中的 ?v。车u_|lf。可分别按照式(13)和式(14)进行计算。 利用式(11)所示的简化计算方法对本次试验构 件进行了验算，计算出的简化承载力(Ⅳ。)和试验 结果(_)v．)二者的对比情况如图13所示，在表1中 列出了Ⅳ。的具体计算值，其与Ⅳ。二者比值的平均 值为O．91l，均方差为o．047，可见简化计算结果和 试验结果二者基本吻台，且简化计算结果稍偏于安 全。 Z ．签 警划{4 j×! i≯ ∥i ／i； 试验值M雌N) 图13承载力简化计算结果与 试验结果比较 Fig13 Cm“paris叫ofesleulmedstnmglll be№n8irnplmedmodelandtests 5结论 (1)本文以长细比和荷载偏心率为参数，进行了 十二个方中空夹层钢管混凝土偏压试件的试验研究。 结果表明，该类构件的力学行为和实心方钢管混凝土 偏压构件类似。 (2)在确定了组成方中空夹层钢管混凝土的钢材 和核一tl,混凝土应力一应变关系模型的基础上，利用数 值解法计算了方中空夹层钢管混凝土压弯构件的荷载 一变形全过程关系曲线。理论计算结果与试验结果吻 合较好。 (3)提供的方中空夹层钢管混凝土压弯构件承载 力实用验算公式与试验结果二者基本吻合，且稍偏于 安全，可为有关工程实践参考。 参考文献 [1] [2] [3] [4] 蔡绍怀．钢管混凝土结构的计算与应用[M]．北京： 中国建筑工业出版社．1989 蒋家奋．汤关柞．三向应力混凝土[M]．北京：中国 铁道出版社．1988 钟善桐钢管混凝土结构[M]哈尔滨：黑龙江科学 技术出版社．1994 韩林海．钢管混凝土结构[M]北京：科学出版社， 2000 (下转5l页) 一z甍芝掣琳廿掣器 万方数据万方数据 第36卷第2期 陆新征等-FRP布约束混凝土方柱轴心受压性能的有限元分析 ’51‘ 压强度，但提高程度有限。主要是因为纤维水平 参考文献 约束集中于角部，而截面大部分区域的侧向约束 相对较小，当倒角半径较小时，角部混凝土强度 [1]抽血誓i岫篡‘、8粤“-篡竺cd●?攀掣l：b盯 的提高对整个柱平均强度的贡献有限。 ：：r“l 3J‘’”刊d轴”“EIlgi。““ng’“’‘ 3，纤维布的破坏形式随纤维厚度的增加而发生变 [2] ．&nil，Mi喇m．E嘞d。dumnP日|∞el∞∞FRP-c0。酬 化，随加固量的增加，其破坏从中部纤维受拉破 collcIel。[J]J讯，m丑l0fc0．Ilp0B岫for‰枷011，No．5 坏转变为角部的应力集中破坏。 1998 4， 纤维布约束可显著提高混凝土的极限压应变，从 [3] 欧阳爆．玻璃纤维片材加固混凝土框架结构的性能研 而可提高构件延性，有利于结构的抗震加固。 ， 究[D]·浙江大学，2．O．OO ，， s．由于纤维!竺妻方兰对其竺孽竺垄篓喜亨竺，，苎n1霎，姜亩鬈篓冀案言慧襄，线199性4有限元分析m卜西 实际应用中可偏于安全地不考虑对混凝土强度的 [5]i矗蒜．。箱矗磊最三豢理’[M]．北京：清华大学出版 提高影响，而玻璃纤维约束混凝土方柱极限压应 社，1999 变可采用式(2)确定。 [6] Ansys使用手册．美国Anay8公司驻京办事处 陆新征博士研究生。主要从事结构有限元分析和数值仿真研究工作。通讯地址：100084清华大学土木工程系 冯鹛博士研究生。主要从事纤维复合结构研究工作。 叶列平教授。主要从事结构抗震，劲性混凝±，结构加固，纤维复合结构研究工作。 ·Hdm瞰h＆■"础E硝瞰h靶■址■"d脯h妇k址．曼Ed山SE．毫芒．&h妇■n■“■妊曲EdEdEd￡．毫EdE岵jdm瞰曲&曼．{E．㈧由d蓦．a抽m‰n■U■址柚Bd!dE·旺 (上接40页) 【5j weiS，M担lST，Viptllalm·d蚰C，MantralaSK．Peffocuanceat new∞mdItubeunderaxialloading：Experiment【Jj．】ou- rTl日l0fStmcturalE呼neering，1995，121(12)：1806— 1814 【6] Weis，M∞ST，Vipulamndanc，l恤antralaSKPerformanced newmnd_4chnJberunder∞dal10,,aing：Amlrm[J]．Joumalof StructuralEr|girmdng，1995，12l(12)：1815～1821 【7』丑郴xL，GrmbietaR、ElcMlakaniMTests0fctmemte— filleddollbleskincircularhollowacetiona[A]．FiI胄tInter．Co． nfer．1311Sted＆CompositeShuctures【c]．Pusan，Korea， June．200l：283—290 [8J wig}lcH，OdyemiT，EvansHR，T1leexperimentalbehavior ofdouble出in伽∞p蚺hd唧。e瞌s[J]．Journal。fc叫Btn拉． tionalSt甜Red-．arch．1991．19：91～110 [9]孙XL，GrzebietaR．鼬Ⅲ曲andductilityofc蛐删ed doableakin(sHsInnerandSHSOuter)hlb∞[J1．Thin一 删edStmctm嗍．2002，40：199—233 110]Yagishita，碓曲H，Su#motoM，TanihimT，SonodaK．Double skinc掣iletubularcnhanmsubiec刚tocyclichoriwntal [12] [13] [14】 f15] [16] [17] farceandconmⅢaxialporee[A]．Proe．of6t}Lliner．c0- 由．oilSteelandConeⅢecomp昭iteSmlcaaes[C]．USA． Ala．，2000：497～503 蔡克铨，林育详，林敏郎 中空双钢管混凝土柱舆基础 结合之试验行为[A]．第二届海峡两岸及香港钢结构技 术交流会[c]．中国，台北，2001：77—88 蔡绍怀，焦占拴．复式钢管混凝土柱的基本性能和承载 力计算【J]．建筑结构学报，1997，18(6)：20—25 韩林_；每，啕忠．方钢管混凝士轴压力学性能的理论分析 与试验研究[J]土木工程学报，2001，34(2)：17～25 沈聚敏，王全志，江见鲸．钢筋混凝土有限元与板壳极 限分析[M]．北京：清华大学出版社．1993：64，79 韩林海，陶忠，黄宏．中空夹层钢管混凝土构件力学性 能的研究[R]．福州大学科研报告．2002 GJB4142-2000战时军港抢修早强型组合结构设计规程 【s]．海军总后勤部．2000 韩林海，陶忠，尧国皇，崔静思，杨有福．钢管混凝土构 件设计理论美键同题的系列研究[R]．福州大学科研报 告．2002 冉忠工学博士，副研究员。主要从事组合结构方面的研究工作，发表20余篇，曾获国家军队科技进步三等奖一次。 通讯地址：350002福建省福州市工业路523号福州大学土木建筑工程学院 韩林海工学博士，特聘教授，博士生导师。从事组合结构和建筑结构防火等方面的研究工作，发表论文80多篇。曾获国家 教育委员会科技进步一等奖等科技奖励。 黄宏硕士研究生，从事组合结构方面的研究工作。 万方数据万方数据