薄壁圆钢管混凝土轴压试验研究.pdf
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1、2 0 1 0 年 第1期 (总 第2 4 3 期 ) Nu mb e r 1 i n 2 0 1 0 ( T o t a l No 24 3) 混 凝 土 Co n c r e t c 理论研究 THEORETI CAL RES EAR CH d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 1 0 0 3 薄壁圆钢管混凝土轴压试验研究 金伟 良,张翔,陈驹 ( 浙江大学 建筑工程学院 ,浙江 杭 州 3 1 0 0 5 8 ) 摘要 : 对 于薄壁圆钢管混凝土短柱进行 了轴压试验研究 ,试验构件为空钢管以及相 同尺寸的钢管混凝 土
2、,记 录分析 了构件 的试验现 象 、 破 坏形式 、 荷载一 位移 曲线 。 对所用 自密实混凝土 和耐候钢做材性试验 。 结 果显示 : 未经振捣的 自密实混凝土能很好的填充钢管并具有 足够的强度 , 薄壁钢管混凝 土破坏时钢管有明显的局部屈 曲。并将试验结果与计算 的承载力进行 了比较。 关键词: 自密实混凝 土 ;耐候钢 ;薄壁圆钢管混凝 土;轴压试验 中图分类号 : T U 5 2 8 5 7 1 文献标 志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 0 ) 0 1 0 0 0 7 0 3 Compr e s s i ve t es t s o f t
3、hi n -wa l l e d c i ml e c on cr e t e - f i l l e d s t ee l t u be s HN W e i - l i a n g Z HANG Xi a n g CHEN J u ( Co l l e g e o f C i v i l E n g i n e e r i n ga n d Ar c h i t e c t u r e , Z h a n gU n i v e r s i t y, Ha n g z h o u 3 1 0 0 5 8 , C h i n a ) Abs t r a c t : A s e r i e s
4、o f s tub c olu mn t e s t s we r e p e r f o r me d o n t h i n wa i l e d c i r c l e c o n c r e t e fi l l e d t u b e s Th e t e s t s p e c i me n s i n c l u d e s h o l l o w s t e e I t u b e s a n d c o n c r e t e fil l e d tub e s Ma t e r i a l t e s t s we r e a l s o p e r f o r me d
5、o n t h e s e l f - c o mpa c t i n g c o n c r e t e a n d we a t h e r s t e e l u s e d i n the t e s t s p e c ime n s Te s t r e s u l t s o f e x p e r i m e n t a l p h e no m e n o n f a i l u r e mo d e s a n d l o a d d i s p l a c e me n t c u r v e s we r e reC O r d e d a nd a n a l y z
6、 e d Th e t e s t r e s u l t s i n d i c a r e s t h a t th e s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e c o u ld e f f e c t i v e l y fi l l e d t h e s t e e l tu b e s a n d h a s r e q u i r e d c o m p r e s s i v e s t r e n g t h s T h e f a i l e d t h in w a l l e d c o n c r e 一 fi l
7、l e d s t e e l t ub e s s pe c i me ns s h o ws o b v i o u s l o c a l b u c k l i ng d e f o rm a t i o n T he s p e c i me n s t r e n g t h s we r e c o mpa r e d wi m d e s i g n s t r e n g t hs Key w or d s: s e l fc o mp a c t i n g c o n c re ; we a t h e r s t e e l ; t h i n wa l l e d c
8、 o n c r e 一 fil l e d s t e e l tub e s ; c o mp r e s s i v e t e s t s 0 引 言 薄壁钢管对局部缺陷很敏感, 且受焊接残余应力的影响较 大, 在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土后 , 钢管约束了混凝 土, 在轴心受压荷载作用下 , 混凝土三向受压, 可延缓其受压时 的纵向开裂。而混凝土却可以延缓或避免薄壁钢管过早的发生 局部屈曲。两种材料互相弥补了彼此的弱点, 却可以充分发挥彼 此的长处 , 从而使钢管混凝土具有较高的承载力。作为一种比较 合理的结构形式 , 采用钢管混凝土可以很好的发挥钢材和混凝 土两种材料的特性和潜
9、力 , 使他们的优点得到更为充分和合理 的发挥” 。 随着高强度钢材的推广使用, 钢管的壁厚可以减少, 而 局部屈曲使得钢材的强度不能很好的被利用, 因此, 采用钢管混 凝土将是高强度钢材应用的一个有效途径。但是由于薄壁钢管 的设计较为复杂 , 而混凝土的存在影响了薄壁钢管的局部屈 曲, 以及钢管与混凝土之间的相互作用 , 使得构件的设计更加 复杂, 因此吸引了相应的研究 , L u k s h a和 N e s t e r o v i c h 2 J , 0 S h e a 和 B r i d g e , u y f 等均进行了对于薄壁圆钢管混凝土的研究。 1 试 验 构 件 构件加工时,
10、首先制作规定长度的空钢管 , 保证钢管两端 截面平整。 同时加工 2 个厚度为 1 0 n l m的钢板作为构件两端的 盖板, 先在空钢管一端焊接盖板, 盖板及空钢管几何中心对中, 另一端等混凝土浇筑之后再焊接。浇筑混凝土时, 自密实混凝 土无需振捣。构件尺寸如表 1 所示 。 构件的轴压试验在浙江大学 5 0 0 0 k N液压试验机上进行, 每个构件在中部沿环向贴有 8个应变片, 应变数据由静态应变 测量系统采集。在构件端部设有 3个百分表测量构件受荷下的 端部位移, 如图 1 所示。所有试验首先进行一级荷载的预压, 然 后采用分级慢速连续加载, 每级荷载约为极限承载力的 1 2 0 ,
11、每级荷载 间隔时问为 2 3 mi n 。 表 1 试验构件尺寸 图 1 试验装置图 收稿 日期 :2 0 0 9 1 0 - 3 0 基金项目:浙江大学一 浙江省电力院科技合作项 目; 中国博士后特别基金( 2 0 0 8 1 4 5 2 ) ; 浙江省教育厅科研项目( Y 2 0 0 8 0 4 5 3 7 ) 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 材性试验 试验 中所用 的 白密实混 凝土 的设计 等级 为 C 5 0 , 混凝 土 的配合比如表 2所示, 粗骨料的粒径为 5 2 5 mm, 表观密度为 2 6 4 0 k g m 。使用的河砂表观密度为
12、 2 5 5 0 k g m 。在自密实混 凝土添加了减水剂和塑化剂。 在混凝土中使用了火山灰 , 根据 G B T 1 5 9 6 - 2 0 0 5为 C I I 。水泥用安徽海螺生产 的 P O 4 2 5水 泥。使用的水符合J G J 6 3 2 o 0 6 标准。减水剂具有减少 2 4 5 用水量的效果。 混凝土 2 8 d抗压强度由与试件同条件下成型养 护的 1 5 0 minx I 5 0 m m l 5 0 mm立方试 块测得 , 测试方 法依据 G B T 5 0 0 8 l 一2 o 0 2 普通混凝土力学性能试验方法标准 进行 , 最终取每组 3个试块 实测强度的平均值
13、。 测得混凝土 2 8 d的立 方体抗压强度为 5 6 0 MP a , 混凝土的弹性模量为 3 7 4 2 0 MP a 。 表 2自密实混凝土配合 比 k g m 采用的钢材为宝钢生产的0 9 C U P耐候钢, 钢材的化学成分 如表 3 , 通过钢材拉仲试验来确定所用钢材的力学性能和本构 关系。拉伸试件取 自圆形构件中部( 远离焊缝) 。试验中得到的 弹性模量 、 屈服强度 和极限强度等值如表 4所示 。 表 3 钢材化学成分 试件 mm 弹性模 量 E GP a 屈服强度 MP a 极 限强度f u MP a 3 试验结果 试验得到的构件承载力如表 5所示, 可见钢管混凝土的承 载力远
14、大于空钢管 的承载力。空钢管与钢管混凝土破坏 时均表 现出明显 的局部屈 曲, 如图 2所示 。 将加载失效后 的构件割开 , 可观察到混凝土沿竖向具有细微的裂缝 。 将 同批浇筑的钢管混 表 5 构件的轴压承载 力 8 ( a ) 空 钢管 ( b ) 钢 管 混凝 土 图 2 轴压构件破坏模态 凝 土在试验的 同时割开 , 观察到混凝 土很好的填充 了钢管 , 如 图3所示。然后将混凝土取芯后进行抗压强度试验, 芯样尺寸 为直径 1 0 0 IT I IT I 、 高度 1 0 0 mm的厕柱体 , 试验得抗压强度为 5 O 4 MP a 。 根据 C E CS 0 3 : 8 8 钻芯法
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