摘要：本文通過(guò)對(duì)鋼管普通混凝土長(zhǎng)柱和鋼管輕集料混凝土長(zhǎng)柱的軸壓試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)合對(duì)普通混凝土和輕集料混凝土的本構(gòu)關(guān)系曲線的分析，研究了核心混凝土性能對(duì)鋼管混凝土軸壓長(zhǎng)柱穩(wěn)定系數(shù)的影響。研究結(jié)果表明：在長(zhǎng)細(xì)比相同的情況下，鋼管混凝土軸壓長(zhǎng)柱的穩(wěn)定系數(shù)與核心混凝土的峰值應(yīng)力無(wú)關(guān)，而取決于核心混凝土的峰值應(yīng)變。核心混凝土的峰值應(yīng)變?cè)酱?，鋼管混凝土長(zhǎng)柱的穩(wěn)定系數(shù)越大。
關(guān)鍵詞：鋼管混凝土，穩(wěn)定系數(shù)，核心混凝土，峰值應(yīng)變
1．引言
鋼管混凝土是在鋼管中填充混凝土而成的構(gòu)件[1]。由于其具有優(yōu)異的性能，在現(xiàn)代大跨度和高聳結(jié)構(gòu)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
作為鋼管混凝土構(gòu)件的重要組成部分，核心混凝土對(duì)鋼管混凝土的性能有著重要影響。現(xiàn)有理論認(rèn)為，鋼管混凝土長(zhǎng)柱的核心混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)穩(wěn)定系數(shù)ϕ 的影響無(wú)明顯規(guī)律[2]。但此結(jié)論是建立在鋼管普通混凝土軸壓性能試驗(yàn)研究基礎(chǔ)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(dāng)大的區(qū)別，所以對(duì)鋼管普通混凝土和鋼管輕集料混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行對(duì)比分析，可以更好地研究核心混凝土性能對(duì)鋼管混凝土力學(xué)性能的影響。文獻(xiàn)[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(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比研究。但實(shí)際工程中應(yīng)用最多的是長(zhǎng)細(xì)比較大的鋼管混凝土長(zhǎng)柱(λ > 20 )。本文將通過(guò)鋼管普通混凝土和鋼管輕集料混凝土長(zhǎng)柱軸壓試驗(yàn)結(jié)果的比較，結(jié)合對(duì)兩種不同混凝土的本構(gòu)關(guān)系曲線的分析，研究核心混凝土性能對(duì)鋼管混凝土長(zhǎng)柱穩(wěn)定系數(shù)的影響。
2．鋼管混凝土長(zhǎng)柱的軸壓試驗(yàn)
表1 列出了1982 年在中國(guó)建筑科學(xué)研究院進(jìn)行的鋼管普通混凝土長(zhǎng)柱試驗(yàn)的試件的參數(shù)及軸壓試驗(yàn)結(jié)果[2]。試驗(yàn)中采用的鋼管為無(wú)縫鋼管，混凝土為普通混凝土，所有長(zhǎng)柱試件加載時(shí)兩端均為鉸支承。
為了研究鋼管輕集料混凝土長(zhǎng)柱的受力性能，2005 年在河海大學(xué)結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了鋼管輕集料混凝土長(zhǎng)柱軸壓試驗(yàn)研究。試驗(yàn)中采用的鋼管為直縫焊接鋼管，混凝土為頁(yè)巖陶粒輕質(zhì)混凝土，所有長(zhǎng)柱試件兩端均為鉸支承。表2 中列出了本次試驗(yàn)中試件的參數(shù)及軸壓試驗(yàn)結(jié)果。
兩次試驗(yàn)中試件的截面尺寸、材料性能、長(zhǎng)細(xì)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(yàn)結(jié)果的對(duì)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(zhǎng)細(xì)比λ 的關(guān)系。從圖中可以看出，隨著長(zhǎng)細(xì)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(shì)。
圖1 中同時(shí)畫出了文獻(xiàn)[2]中由大量試驗(yàn)結(jié)果擬合得到的鋼管普通混凝土構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)δ －長(zhǎng)細(xì)比λ 關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)曲線。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，鋼管高強(qiáng)輕集料混凝土試件穩(wěn)定系數(shù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)都分布在鋼管普通混凝土柱的δ －λ 關(guān)系曲線上方?？梢?jiàn)，鋼管高強(qiáng)輕集料混凝土長(zhǎng)柱的穩(wěn)定系數(shù)要高于具有相同長(zhǎng)細(xì)比的鋼管普通混凝土柱。
對(duì)各組試件之間的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析可以發(fā)現(xiàn)，核心混凝土性能對(duì)鋼管輕集料混凝土長(zhǎng)柱穩(wěn)定系數(shù)的影響具有一定明顯的規(guī)律：在長(zhǎng)細(xì)比相同的情況下，核心混凝土強(qiáng)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(qiáng)度為25.6N /mm2 的鋼管輕集料混凝土，核心混凝土強(qiáng)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(zhǎng)柱軸壓性能的研究表明，長(zhǎng)細(xì)比較大的鋼管混凝土構(gòu)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(gòu)件的承載力主要由鋼管提供[4]。當(dāng)鋼管混凝土試件局部的應(yīng)變超過(guò)了混凝土極限應(yīng)變后，此區(qū)域附近填充的混凝土破碎，對(duì)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(gòu)件承載力下降。
可以認(rèn)為，在其他條件相同的情況下，核心混凝土破碎時(shí)的極限應(yīng)變?cè)酱螅摴馨l(fā)生屈曲時(shí)的應(yīng)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(gòu)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(duì)比三條曲線發(fā)現(xiàn)：三種混凝土的峰值應(yīng)變間的關(guān)系與對(duì)應(yīng)的鋼管混凝土長(zhǎng)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(qiáng)度等級(jí)表征的重要性能指標(biāo)
，即混凝土的本構(gòu)關(guān)系曲線上的峰值應(yīng)力，與穩(wěn)定系數(shù)并無(wú)直接關(guān)系。
故認(rèn)為，在本文研究范圍內(nèi)，鋼管混凝土軸壓長(zhǎng)柱的穩(wěn)定系數(shù)取決于核心混凝土的極限應(yīng)變，而與核心混凝土的極限應(yīng)力
無(wú)關(guān)。
4.結(jié)論
通過(guò)對(duì)鋼管普通混凝土和鋼管輕集料混凝土長(zhǎng)柱軸壓試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，并結(jié)合普通混凝土和輕集料混凝土本構(gòu)關(guān)系曲線的分析，可以得到以下結(jié)論：
(1) 核心混凝土性能對(duì)鋼管混凝土長(zhǎng)柱的穩(wěn)定系數(shù)有較大影響。本文研究范圍內(nèi)，在長(zhǎng)細(xì)比相同的情況下，鋼管輕集料混凝土長(zhǎng)柱的穩(wěn)定系數(shù)要高于鋼管普通混凝土長(zhǎng)柱。
(2)本文研究范圍內(nèi)，在長(zhǎng)細(xì)比相同的情況下，鋼管混凝土長(zhǎng)柱穩(wěn)定系數(shù)取決于核心混凝土峰值應(yīng)變，峰值應(yīng)變?cè)酱蠓€(wěn)定系數(shù)越大，而與混凝土的峰值應(yīng)力cu f 無(wú)關(guān)。
參考文獻(xiàn)
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