钢管混凝土柱组合弹性模量及轴向压力分配弹性力学分 析.pdfVIP

第33卷第 4期 华 东 交 通 大 学 学 报 Vo1．33 N0．4 2016年 8月 JournalofEastChina Jiaotong University Aug．，2016 文章编号 ：1005—0523(2016)04—0024—07 钢管混凝土柱组合弹性模量及轴向压力分配弹性力学分析 陈梦成 ，李 骐 (华东交通大学土木建筑学院，江西 南 昌330013) 摘要 ：应用弹性力学理论和铜管混凝土柱协 同X-作条件 ．推导 出了钢 管混凝土柱组合轴压弹性模量和轴 向压力分配的理论计 算公式。公式表明，组合弹性模量不但与混凝土泊松F匕、单 向轴压弹性模量和混凝土柱截面直径有关 ，而且和钢管泊松 比、单向 轴压弹性模量以及含钢率有关。作为计算例 ，用MATLAB编程考察 了混凝土强度等级和舍铜率对混凝土轴 向压力分配系数 、钢 管混凝土柱组合弹性模量的影响。研究结果表 明：混凝土轴向压力分配系数随着含铜率增大而递减 ．随混凝土强度等级提高而 增大 ；与不考虑紧箍效应相 比，考虑紧箍效应的情况下 ，核心混凝土的轴向压力有一部分传递给 了钢管 ；含钢率越大 ，组合轴压 弹性模量越大：混凝土强度等级越高，纽合轴压弹性模量越大 ：用本文理论计算公式算得的组合弹性模量与按照统一理论所得 的结果相近。由于刚管混凝土柱外铜管约束 ，核心混凝土的轴压刚度提高 了至少20％。 关键词 ：钢管混凝土 ；弹性力学分析 ；本构关系；组合轴压弹性模量 ；轴向压分配系数 中图分类号：TU398．9 文献标志码 ：A 钢管混凝土组合结构，由于其具有承载力高、塑性变彤能力强、延性好、抗震性能优、经济效益显著和施 T工艺简单等诸多优点，目前存高层建筑、桥梁、地铁和电塔等土木T程结构中得到广泛应用 。试验表明， 钢管混凝土构件轴心受压时，混凝土由于受到钢管的约束，而处于三向受压应力状态，钢管混凝土柱组合弹 性模量应 比单 向受压时高 ，相应的钢管混凝土结构承载力也得到提岛。有关钢管}昆凝土柱 的组合轴向压刚 度 ，国内外一般把钢管轴向压刚度和混凝土轴向压刚度进行简单叠加 ，并没有考虑到钢管对核心混凝土的 紧箍力效应 ，也即所谓 l+l2的作用没有得到体现 。当前 ，国内外对于钢管混凝土的研究主要集中在它的承 载力和抗震性能 ，但在钢管与混凝土协同T作下组合弹性模量与轴向压力分配理论研究为数不多 1。因 此 ，研究薄壁圆截面钢管混凝土柱组合弹性模量和轴 向压力分配关系，了解钢管混凝土协同T作原理 ，有利 于钢管t昆凝土在实际工程中得到更好的发展应用 本文使用弹性力学理论 ，利用钢管和混凝土共同T作的变形协调条件 ，从理论上导 弹性阶段钢管混 凝土的组合轴压弹性模量 Esc表达式和轴向压力分配原理。采用 MATLAB编程 ，计算分析和讨论混凝土等 级强度和含钢率对钢管混凝土柱组合弹性模量以及轴向压力分配影响(本文 目前仅研究圆形截面的薄壁钢 管混凝土柱 ，其他截面形状暂不考虑)。 1 轴向受压钢管混凝土柱弹性力学分析 1．1 组合弹性模量理论推导 钢管混凝土加载方式参见图 1(a)，弹性力学分析模型见图 1(b)。钢管混凝土柱为轴对称圆柱体 ，所受荷 载也是轴对称的。所以，根据弹性力学理论，在柱体坐标系下，应力应变本构关系可写为： 收稿 日期 ：2016—03—24 基金项 目：国家 自然基金项 目51468017)；汀西省重点基金项 目(20143ACB21020)；汀西省优势科技创新 团队建设计 戈0项 目(20152BCB24O06) 作者简介：陈~ (1962--)，男 ，教授，博士，博士生导师，研究方向为工程材料和结构安全。 第 4期 陈梦成，等：钢管混凝土柱组合弹性模量及轴向压力分配弹性力学分析 25 考虑其横截面受力 ，画出钢管混凝土横截面受力图2。 2(R+f) 0 p