圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱轴心受压承载力研究.pdf
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1、第 4 0卷第 1期 2 0 1 4年 2月 四川建筑科学研究 S i e h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 1 09 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱轴心受压承载力研究 胡 潇 , 钱永久 ( 1 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室, I t ) l l 成都6 1 0 0 5 9 ; 2 西南交通大学土木工程学院, 四川 成都6 1 0 0 3 1 ) 摘要: 为了研究圆形钢套管加固钢筋混凝土柱的轴心受压承载力计算方法, 进行了 1 根未加固的普通钢筋混凝 土柱和 3根圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱在不同加固钢套管厚度下的轴心受压试验,
2、 在试验结果的基础上, 考 虑混凝土三向受压 R i c h a r d公式与蔡绍怀公式, 根据叠加法与极限平衡法建立了圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱 的轴压承载力公式。研究结果表明, 对 比国内外规程, 利用叠加法且考虑蔡绍怀公式计算出的承载力与试验结果 吻合度最高。 关键词: 加固; 圆形钢套管; 三向受压; 叠加法; 极限平衡法 中图分类号: T U 3 7 5 3 文献标志码 : A 文章编号: 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 4 ) 0 1 1 0 90 5 S t u d y o f c a p a c i t y o f b e h a v i o r o f r e
3、 i n f o r c e d c o n c r e t e s ho r t c o l u mn s t r e n g t he ne d b y c i r c u l a r s t e e l t u b e u n d e r a x i a l l o a d i n g HU X i a o , Q I A N Y o n g j i u ( 1 S t a t e K e y L a b o r a t o r y o f G e o h a z a r d P r e v e n t i o n a n d G e o e n v i r o me n t P r o
4、 t e c t i o n , C h e n g d u U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y, Ch e n g d u 6 1 0 0 5 9, C h i n a; 2 C i v i l E n g i n e e ri n g A c a d e m y , S o u t h w e s t J i a o t o n g U n i v e r s i t y , C h e n g d u 6 1 0 0 3 1 , C h i n a ) Ab s t r a c t : T o s t u d y t h e b a s
5、 i c me c h a n i c a l p e rf o r ma n c e o f r e i n f o r c e d c o n c r e t e s h 0 n c o l u mn s t r e n g t h e n e d b y c i r c u l a r s t e e l t u b e a s e t o f e x p e rime n t a l w o r k wa s c a r r i e d o u t 1 c o n t r a s t u n s t r e n g t h e n e d r e i nfo r c e d c o n
6、 c r e t e c o l u mn a n d 3 r e i n f o r c e d c o n c r e t e c o l u mn s s t r e n g t h e n e d b y c i r c u l a r s t e e l t u b e we r e t e s t e d u n d e r a x i a l l o a d i n g T h e p r i ma ry p ara me t e r o f t h e s t r e n g t h e n e d c o l u mn s wa s s t e e l t u b e t h
7、 i c k n e s s Ba s e d o n t h e e x p e rime n t , a c c o r d i n g t o t h e c o mp r e s s i o n i n t r i p d i r e c t i o n o f Ri c h a r d and CAI S h a o h u a i , t h i s p a p e r s e t u p t h e f o rm u l a s o f axi a l c o mp r e s s i o n b e a ti n g c a p a c i t y a p p l i e d
8、s u p e r p o s i t i o n me t h o d a n d l i mi t e q u i l i b riu m me t h o d r e s p e c t i v e l y Th e r e s u l t s s h o we d t h a t t h e s u p e r p o s i t i o n me t h o d a c c o r d i n g t o f o rm u l a s o f CA I S h a o b u a i o n w a s b e t t e r t h a n t h e l i mi t e q i
9、 l i b r i u m me t h o d, t h e r e s u l t s b y wh i c h we r e t a l l i e d wi t h t h e e x p e r i me n t a l r e s u l t s Ke y wo r d s : s t r e n g t h e n; c i rcu l a r s t e e l t u b e; c o mp r e s s i o n i n t ri p - d i r e c t i o n; s u p e r p o s i t i o n me t h o d; l i mi t
10、 e q u i l i b ri u m me t h o d 0 引 言 圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱轴心受压承载 力 的计算方法常常借鉴钢管 昆 凝 土, 钢管混凝 土短 柱轴心受压承载力的计算 方法 归纳起来共分 4种 。 分别是基于叠加理论 的极 限承载力 、 基于拟钢理 论 的极 限承 载 力 J 、 基 于 统 一 理 论 的 极 限 承 载 力 J 、 基于极限平衡法提 出的极 限承载力 J 。根据 作者 圆形钢套管加 固钢筋混凝 土短柱轴心受压试 验研究 论文 的试验 结果 , 应用叠 加法与极 限平衡 收藕 日期 : 2 0 1 2 1 0 1 2 作者简介: 胡潇( 1
11、9 7 6一 ) , 女, 四川成都人, 博士, 讲师, 主要从事 结构抗震加固方面的研究。 基金项目: 四川省教育厅自然科学科研基金( 1 0 Z C 0 6 9 ) E ma i l : h u x i a o c d u t e ll 法对圆形钢套管加固钢筋混凝土短柱的轴心受压承 载力进行计算 , 并将这两种方法的计算结果与国内 外规程进行比较、 讨论。 1 圆形钢套管加 固钢筋混凝 土短柱 轴压承载力计算 1 1 三向受压 混凝土的强度极限 根据 C o n s i d e r e 和 R ic h a r d t l 5 等人的试验资料, 认为在等侧压力 作用下 的三 向受压 混凝
12、土的强 度 与侧压力 之 间具有线性关系即: = 。+研 ( 1 ) 式中 约束混凝土的轴心抗压强度 ; 。 非约束混凝土圆柱体抗压强度; 混凝土的约束应力; K试验确定的测压系数 , 一般取 K : 4 0 。 1 1 0 t J w l 建筑科学研究 第 4 0卷 蔡绍怀 根据大量试验资料, 特别是在高侧压 力下的试验资料表明 , 。 与 之间不像早期公式那 样为线性关系, 他建议用下列经验公式表达 : f = ( 1+1 + 2 ) ( 2 ) J c 式中 。 约束混凝土的轴心抗压强度; 非约束混凝土棱柱体抗压强度 ; 混凝土的约束应力 。 1 2 极限承载力 圆形钢套管加固钢筋混凝土
13、轴心受压短柱是由 钢套管、 混凝土、 钢筋 3种材料共同工作, 其受力过 程复杂 , 采用叠加法求其极限承载力既简单又快捷。 此法实质是螺旋配筋钢筋混凝土柱计算原理和方法 的借鉴和发展 。 圆形钢套管加 固钢筋混凝土轴心受压柱 、 核心 混凝土 、 钢套管受力如图 1所示。 当短柱达到极限承载力时, 文献认为此刻钢套 管的纵 向应力为零 , 径 向应力非常小忽略不计 , 而环 向应力达到钢材屈服强度 , 此时钢套 管对核心混 凝土的约束效应最大 。根据叠加法 , 圆形钢套管加 固钢筋混凝土短柱的极 限承载力可写成 : ( d ) 等测压的三向受压混凝土 ( e ) 钢套管应力状态 图 1 钢套
14、管和核心混凝土的受力 4 1 F i g 1 S t r e s s s t a t e o f s t e e l t u b e a n d c o r e c o n c r e t e N : 。 A + 厂 v A l ( 3 ) = ( 4 ) 式 中A 、 A 。 混凝土和纵向钢筋 的面积 ; 约束混凝土的抗压强度; 纵筋屈服强度 。 圆形钢套管加固 R C试件轴压承载力试验结果 与叠加法理论计算结果对 比见表 1 、 2 。 表 1 圆形钢套管加固R C试件轴压承载力试验结果与叠加法理论计算结果对比( 1 ) Ta b l e 1 Co mp a r i s o n b e t
15、 ween c o mp u ti n g r e s u l t b y s u p e r p o s i t i o n me t h o d a n d e x p e r i m e n t a l r esu l t o f s t r e n g t h e n e d c o l u mn s ( 1 ) 通过表 1 、 2可知, 胁 、 绍 怀 的均值分别为 0 8 8 7 、 0 9 7 7 , 标准差分别为 0 0 4 8 0 、 0 0 4 7 3 , 均值 和离散性都 良好 , 表 明钢套管加固钢筋混凝土短柱 叠加法的计算值与试验值 吻合良好 , 用来分析计 算模型是
16、恰当的。尤其是 蔡 绍 怀, 由于蔡绍怀运用 大量高侧压下钢管混凝 土试验 的结果 , 因此跟本文 实际情况更加符合; 而 R i c h a r d t 建议的公式表达形 式简单, 认为极限值与侧向压力呈线性关系, 但没有 考虑侧压力相等时混凝土强度对约束混凝土强度提 高的影响, 因此计算结果吻合度与离散型较次。 1 3 进入塑性阶段的承载 力 不少研究者通过试验发现, 试件达到极限状态 时, 钢套管的纵向应力并未降为零, 且钢套管环向应 力也没有达到单 向受拉的屈服点 。因此许多专家及 学者放弃了求极限承载力的方法, 转而研究钢套管 进入塑性阶段的试件承载力 。 胡 潇, 等: 圆形钢套管
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