角钢套箍高强混凝土轴压短柱承载力分析与设计建议.pdfVIP

东 北 石 油 大 学 学 报 第 4O卷 第 1期 2016年 2月 JOURNALOFNORTHEASTPETROLEUM UNIVERSITY Vo1．40 NO．1 Feb． 2016 角钢套箍高强混凝土轴压短柱 承载力分析与设计建议 计 静 ，张云雷 ，张文福 ，袁朝庆 ，刘迎春 ，王树伟 ，徐松芝 (1．东北石油大学 黑龙江省防灾减灾工程与防护工程重点实验室，黑龙江 大庆 163318； 2．香港理工大学 土木与环 境工程系，香港 九龙 红勘 ) 摘 要：以套箍系数、混凝土等级和钢材屈服强度为控制参数，设计 I5根剪跨 比为 1．5的角钢套箍高强混凝土轴压 短柱 ；基于简化的钢材本构模型和考虑套箍效应的约束高强混凝土本构模型，采用 ANSYS有限元软件进行数值仿真分 析，通过与实验数据对比验证有限元建模 的合理性；考察不同套箍系数、混凝土强度等级和角钢屈服强度等级对角钢套 箍高强混凝土轴压短柱力学性能的影响；考虑缀板对混凝土的套箍效应 ，引入缀板影响因数，利用 lstopt软件反演影响 因数与套箍系数之间线性关系，建立角钢套箍高强混凝土轴压短柱极限承载力计算表达式，提出轴压短柱的设计方法与 施工建议。结果表 明，套箍系数 比其他参数对轴压短柱的承载力和延性的影响更加显著，为该短柱在新建和改造工程 中 的应用奠定基础 。 关 键 词：角钢套箍高强混凝土；轴压；短柱 ；套箍系数；承载力；设计建议 中图分类号 ：TU528．67；TU528．01 文献标识码 ：A 文章编号：2095—4107(2016)01—011t一1O 0 引言 角钢套箍高强混凝土柱是在素高强混凝土构件外部四角配置角钢的一种组合结构形式l1]，角钢之 间通过横向缀板焊接连接 ，构件内部不再设置纵 向钢筋。该类构件不但构造简单、连接方便，而且具有承 载力高、延性好等独特的力学特性 。同时，将高强混凝土应用于外包角钢混凝土构件 ，能够大幅减小构件 的截面尺寸，减少混凝土的用量 ，有效减轻结构 的自重。 SheikhSA等[5首先开展钢板箍约束角钢空间桁架混凝土柱 的轴压静力试验 ，考察柱 的破坏过程， 利用荷载一轴向变形 曲线给出承载力计算公式 ，结果表明钢板箍间距和数量可 以明显改善核心混凝土的 强度和延性 。RosarioM 等_6开展 13组角钢混凝土柱的偏心受压试验 ，提 出该类构件 的理论分析模型， 用于精确分析角钢混凝土柱及普通钢筋混凝土柱的承载力。任富栋等 开展外包角钢加固钢筋混凝土框 架柱试验 ，获得加固框架柱的破坏形式 ，提出角钢加 固柱的设计理论。姜绍飞等 探讨混凝土轴压强度 、 纵向含钢率 、配箍间距和箍筋直径对轴压外包角钢短柱力学性能的影响，给出承载力计算公式。鲁华伟_9 开展 1O根长细 比为 3的角钢约束普通混凝土轴压短柱试验 ，获得破坏形态和竖向荷载一位移曲线 ，探讨 构件截面 、缀板间距 ，以及混凝土轴心抗压强度对角钢约束混凝土柱承载力和延性性能的影响，提 出角钢 强度降低系数的概念 ，并 回归得出角钢强度降低系数随套箍系数变化的规律。 目前 ，对角钢套箍高强混凝土短柱研究的相关报道较少 ，相应 的理论也不成熟 。基于实验数据 ，笔者 采用 ANSYS有限元软件 [1n]，开展不 同参数下的角钢套箍高强混凝土轴压短柱 的数值分析，获得轴压 短柱的力学性能，给出承载力计算表达式，并提出设计方法与施工建议 。该研究结果不仅有一定的理论意 义和实际工程实用价值 ，同时也为 《钢混凝土组合结构技术规程》的完善提供依据。 收稿 日期 ：2015—11—30；编辑 ：任志平 基金项 目：教育部高等学校博士学科点专项科研基金项 目(新教师类：2o122322l2O0O4)；黑龙江省 自然科学基金面上项 目(E201336)； 国家 自然科学基金项 目(51178O87)；黑龙江省级领军人才梯队后备带头人资助项 目；东北石油大学青年骨干出国研修项 目 作者简介：计 静 (1977一)，男，博士，教授 ，主要从事土木结构工程方面的研究。 东 北 石 油 大 学 学 报