钢骨-钢管混凝土组合柱轴压受力性能试验研究.pdfVIP

156 第四届全国土木工程研究生学术论坛论文集 钢骨一钢管混凝土组合柱轴压受力性能的试验研究 李斌，杨包生 (内蒙古科技大学建筑与土木工程学院，内蒙古包头014010) 摘 要：本文通过8根钢骨一钢管混凝土组合柱的轴压承载力试验，研究了组合柱的工作机理、延性和极限承 载力，讨论了影响这种组合柱性能的主要因素，包括混凝土强度和套箍系数等。研究结果表明，由于钢管、钢 骨和混凝土的协同工作，可有效地提高柱子的承载力．延缓或抑制混凝土中剪切斜裂缝的开展，提高柱子的 延性。 关键词：组合柱；轴压；承载力；套箍系数 1 概述 目前，钢与混凝土组合结构正得到国内外学者的密切关注，在钢一混凝土组合结构中，两种不同性质 的材料扬长避短，具有一系列突出的优点，因此已被广泛应用于工业厂房、高层建筑、桥梁以及近海建筑 物中。工程中常见的钢一混凝土组合柱有钢骨混凝土柱和钢管混凝土柱。在钢骨混凝土柱中，钢骨被包 裹在混凝土中，提高了柱子的抗剪能力[1]，混凝土则增加了钢骨的刚度和抵抗局部以及整体屈曲的能 力，同时也提高了柱子的耐久性和耐火性能。钢骨混凝土组合柱的缺点是混凝土浇筑需要模板，同时需 配置箍筋防止混凝土的剥落。对于钢管混凝土柱则无需模板和箍筋。钢管内混凝土的存在避免了钢管 向内凹曲，而钢管亦对混凝土提供有效的横向约束，这种连续的约束提高了混凝土的延性，尤其是对高 强混凝土[2。3]。但钢管混凝土柱耐火性能相对于钢骨混凝土柱差，必须采取一定的防火措施，除在钢管 上涂刷防火涂料或外挂水泥砂浆等保护措施外，国外学者还提出在钢管内放置钢筋或钢纤维的方法提 高钢管混凝土柱的耐火能力H】。 综合考虑钢骨混凝土柱和钢管混凝土柱的优、缺点，本文研究了钢骨一钢管混凝土组合柱的轴压力 学性能。该组合柱是在钢管混凝土柱中埋设I形钢骨，这种组合柱与传统的钢筋混凝土柱相比能减少 柱截面尺寸，增加建筑物使用空间，同时也为柱子的加固提供了一种新的思路。如：首钢2号高炉建成 后，于1982年进行了技术改造，由于设备更新，重量增大，柱子所承受的荷载比原设计荷载增加了 40％，需要进行加固，它的加固方法就是在钢柱外加套一个钢管，再在钢管间充填混凝土‘5】。 本文通过8根钢骨一钢管混凝土组合柱的轴压承载力试验，研究了组合柱的工作机理、破坏特征和 极限承载力。 2试验研究 2．1试验概况 根据文献[6]对标准试件的规定，本实验采用的试件长径比为L／D=4．0，共设计8个钢骨一钢管混 凝土试件，主要设计参数为混凝土强度和套箍系数，相同参数的试件各制作2个。实验中钢管采用的规 格为西159X4．0和cPl59×5．0两种形式，均为无缝钢管；钢骨则采用llO工字钢加工制作。试件的详 细资料见表1。 试件钢骨架的加工制作分以下几步完成：首先按要求截取长度一致的钢管和钢骨，并保证钢骨、钢 管两边截面平整；每一试件均加工一个厚为lOmm的方钢板作为试件的下盖板，盖板的尺寸为220ram ×220mm；组装时首先将钢骨垂直焊接在盖板上，然后套装外层钢管，并将应变片导线由钢管上端的钻 第四届全国土木工程研究生学术论坛论文集 157 孔中引出。在保证钢管和钢骨两者几何中心重合后将钢管也焊接在盖板上。试件尺寸如图1所示，应 变片和位移计的布置如图2所示。 表I钢骨一钢管混凝土试件设计方案一览表 Tab．1 scheme Specimensdesign 图1试件尺寸简图(单位：mm) 图2测点布置图 Fig．1 of of point Geometryspecimens Fig．2Arrangementmeasuring 混凝土由强制式搅拌机搅拌，浇注时混凝土自钢管上口灌入，在浇注到i／3钢管高度时，用①50插 入式振捣棒振捣直至密实，紧接着再浇注i／3混凝土，再振捣密实，随后浇人余下混凝土后振捣密实。 混凝土的力学性能。试件的养护方法：为初期在柱顶部