摘要：本文通過對鋼管普通混凝土長柱和鋼管輕集料混凝土長柱的軸壓試驗結果進行比較，結合對普通混凝土和輕集料混凝土的本構關系曲線的分析，研究了核心混凝土性能對鋼管混凝土軸壓長柱穩(wěn)定系數(shù)的影響。研究結果表明：在長細比相同的情況下，鋼管混凝土軸壓長柱的穩(wěn)定系數(shù)與核心混凝土的峰值應力無關，而取決于核心混凝土的峰值應變。核心混凝土的峰值應變越大，鋼管混凝土長柱的穩(wěn)定系數(shù)越大。
關鍵詞：鋼管混凝土，穩(wěn)定系數(shù)，核心混凝土，峰值應變
1．引言
鋼管混凝土是在鋼管中填充混凝土而成的構件[1]。由于其具有優(yōu)異的性能，在現(xiàn)代大跨度和高聳結構中得到越來越廣泛的應用。
作為鋼管混凝土構件的重要組成部分，核心混凝土對鋼管混凝土的性能有著重要影響?，F(xiàn)有理論認為，鋼管混凝土長柱的核心混凝土強度等級對穩(wěn)定系數(shù)ϕ 的影響無明顯規(guī)律[2]。但此結論是建立在鋼管普通混凝土軸壓性能試驗研究基礎上的，有一定的局限性。
普通混凝土和輕集料混凝土的性能有著相當大的區(qū)別，所以對鋼管普通混凝土和鋼管輕集料混凝土的力學性能進行對比分析，可以更好地研究核心混凝土性能對鋼管混凝土力學性能的影響。文獻[3]已經(jīng)就鋼管普通混凝土和鋼管輕集料混凝土短柱(λ < 20 )的力學性能進行了對比研究。但實際工程中應用最多的是長細比較大的鋼管混凝土長柱(λ > 20 )。本文將通過鋼管普通混凝土和鋼管輕集料混凝土長柱軸壓試驗結果的比較，結合對兩種不同混凝土的本構關系曲線的分析，研究核心混凝土性能對鋼管混凝土長柱穩(wěn)定系數(shù)的影響。
2．鋼管混凝土長柱的軸壓試驗
表1 列出了1982 年在中國建筑科學研究院進行的鋼管普通混凝土長柱試驗的試件的參數(shù)及軸壓試驗結果[2]。試驗中采用的鋼管為無縫鋼管，混凝土為普通混凝土，所有長柱試件加載時兩端均為鉸支承。
為了研究鋼管輕集料混凝土長柱的受力性能，2005 年在河海大學結構工程實驗室進行了鋼管輕集料混凝土長柱軸壓試驗研究。試驗中采用的鋼管為直縫焊接鋼管，混凝土為頁巖陶粒輕質(zhì)混凝土，所有長柱試件兩端均為鉸支承。表2 中列出了本次試驗中試件的參數(shù)及軸壓試驗結果。
兩次試驗中試件的截面尺寸、材料性能、長細比范圍等參數(shù)較接近，而且加載方式相似，具有較好的可比性。
3．試驗結果的對比分析
圖1 中列出了本文中所列的所有試件的穩(wěn)定系數(shù)δ －長細比λ 的關系。從圖中可以看出，隨著長細比λ 的增大，圖中所列的各組試件的穩(wěn)定系數(shù)δ呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。
圖1 中同時畫出了文獻[2]中由大量試驗結果擬合得到的鋼管普通混凝土構件穩(wěn)定系數(shù)δ －長細比λ 關系的經(jīng)驗曲線。對比發(fā)現(xiàn)，鋼管高強輕集料混凝土試件穩(wěn)定系數(shù)的數(shù)據(jù)點都分布在鋼管普通混凝土柱的δ －λ 關系曲線上方。可見，鋼管高強輕集料混凝土長柱的穩(wěn)定系數(shù)要高于具有相同長細比的鋼管普通混凝土柱。
對各組試件之間的穩(wěn)定系數(shù)進行對比分析可以發(fā)現(xiàn)，核心混凝土性能對鋼管輕集料混凝土長柱穩(wěn)定系數(shù)的影響具有一定明顯的規(guī)律：在長細比相同的情況下，核心混凝土強度為39.3N /mm2 的鋼管輕集料混凝土穩(wěn)定系數(shù)最高，其次為核心混凝土強度為25.6N /mm2 的鋼管輕集料混凝土，核心混凝土強度為35.7N /mm2 的鋼管普通混凝土穩(wěn)定系數(shù)最低。即：
鋼管普通混凝土長柱軸壓性能的研究表明，長細比較大的鋼管混凝土構件中核心混凝土的作用主要是支撐鋼管壁，延緩其局部屈曲的發(fā)生，構件的承載力主要由鋼管提供[4]。當鋼管混凝土試件局部的應變超過了混凝土極限應變后，此區(qū)域附近填充的混凝土破碎，對鋼管的支撐作用喪失。失去側(cè)向支撐的鋼管壁在縱向壓力的作用下屈曲，構件承載力下降。
可以認為，在其他條件相同的情況下，核心混凝土破碎時的極限應變越大，鋼管發(fā)生屈曲時的應變也越大，鋼管的承載力得到更好的發(fā)揮，所以鋼管混凝土構件的穩(wěn)定承載力越高。圖2 中列出了三種混凝土的σ —ε 曲線[5][6]。對比三條曲線發(fā)現(xiàn)：三種混凝土的峰值應變間的關系與對應的鋼管混凝土長柱穩(wěn)定系數(shù)具有一致的變化規(guī)律，即:
而作為混凝土強度等級表征的重要性能指標
，即混凝土的本構關系曲線上的峰值應力，與穩(wěn)定系數(shù)并無直接關系。
故認為，在本文研究范圍內(nèi)，鋼管混凝土軸壓長柱的穩(wěn)定系數(shù)取決于核心混凝土的極限應變，而與核心混凝土的極限應力
無關。
4.結論
通過對鋼管普通混凝土和鋼管輕集料混凝土長柱軸壓試驗結果的對比，并結合普通混凝土和輕集料混凝土本構關系曲線的分析，可以得到以下結論：
(1) 核心混凝土性能對鋼管混凝土長柱的穩(wěn)定系數(shù)有較大影響。本文研究范圍內(nèi)，在長細比相同的情況下，鋼管輕集料混凝土長柱的穩(wěn)定系數(shù)要高于鋼管普通混凝土長柱。
(2)本文研究范圍內(nèi)，在長細比相同的情況下，鋼管混凝土長柱穩(wěn)定系數(shù)取決于核心混凝土峰值應變，峰值應變越大穩(wěn)定系數(shù)越大，而與混凝土的峰值應力cu f 無關。
參考文獻
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