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钢管轻集料混凝土抗弯刚度计算方法的探讨1 吉伯海，沈云，彭昌宪，黄春辉 河海大学土木工程学院，南京 (210098) 摘 要：通过对21 个钢管轻集料混凝土试件的纯弯试验研究，分析了钢管轻集料混凝土抗 弯刚度的影响因素，并将钢管轻集料混凝土试件的初始抗弯刚度和使用阶段抗弯刚度与国内 外相关规范AIJ 、BS5400 、EC4 、AISC-LRFD 和DBJ13-51 的计算结果进行了对比和分析， 对钢管轻集料混凝土抗弯刚度的计算方法进行了探讨。试验结果表明，在其他参数相同的条 件下，内填轻集料混凝土的强度对试件抗弯刚度影响很小，随着钢管壁厚的增加，试件抗弯 刚度明显提高；有关抗弯刚度计算分析对比结果表明，除AIJ （1997 ）的计算结果与初始抗 弯刚度以及使用阶段抗弯刚度试验结果吻合较好外，其余规范的计算结果均偏大。在计算钢 管轻集料混凝土抗弯刚度时，建议采用日本AIJ （1997 ）给出的钢管普通混凝土抗弯刚度计 算公式。 关键词：钢管轻集料混凝土；纯弯试验；初始抗弯刚度；使用阶段抗弯刚度 0. 前言 钢管轻集料混凝土与普通钢管混凝土结构一样，充分利用钢管与轻集料混凝土的组合作 用，使其具有良好的强度、延性和耗能能力。由于轻集料混凝土的容重小于普通混凝土，在 相同条件下，钢管轻集料混凝土的自重可以降低20%左右。将其应用于桥梁的墩台或上部结 构中,可以大大减轻桥梁结构的总荷载，从而降低桥梁的建设成本，具有良好的经济效益， 能适应现代大跨度桥梁的发展要求[1] 。近年来，国内外学者对于钢管混凝土进行了较为全面 系统的研究，并已建立了成熟的计算理论，但对于钢管轻集料混凝土的研究较少[2] 。 在钢管混凝土结构的受力分析中，钢管混凝土抗弯刚度是一个重要参数,特别是对于钢 管混凝土结构的抗震设计和计算，如何准确地确定钢管混凝土的刚度将直接影响结构分析的 结果[3] 。目前，国内外对于抗弯刚度的研究主要集中在钢管普通混凝土，而对钢管轻集料混 凝土构件抗弯刚度的研究目前尚未见报道。如何准确计算轻集料混凝土抗弯刚度已经成为亟 待解决的课题之一。 本文对21 个钢管轻集料混凝土试件进行了纯弯试验,主要参数包括:混凝土强度、钢管的 径厚比。将钢管轻集料混凝土的初始刚度和使用阶段刚度与相关的钢管混凝土规范 AIJ [4] [5] [6] [7] （1997） 、BS5400 （1979） 、EC4 （1994） 、AISC-LRFD （1999） 和DBJ13-51 （2003 ） [8] 的计算结果进行了对比，分析了各规范在计算钢管轻集料混凝土抗弯刚度的适用性和准确 性。 1. 钢管轻集料混凝土纯弯试验 钢管轻集料混凝土纯弯试验在河海大学结构工程实验室进行。试验采用Q235 直缝焊接 钢管。混凝土为页岩陶粒轻质混凝土，表 1 中列出了试验中试件的参数及纯弯试验结果。其 中，M -2 ue 为试件抗弯承载力，根据文献[9]取钢管最大受拉应变为10 时所对应的弯矩值。各 试件的抗弯刚度可由图 1 的弯矩- 曲率曲线计算得到。本文参考文献[10]的研究方法，采用 M=0.2Mu 对应的割线刚度作为轻集料混凝土的初始抗弯刚度（K0.2 ），以M=0.6Mu 的割线刚 度作为使用阶段抗弯刚度(K0.6) 。 1本课题得到江苏省建设厅科研资助项目（JS2005ZD11 ）的资助。 - 1 - 表 1 钢管轻集料混凝土试件基本参数及试验结果 序 D t L fy fcu Mue K0.2 K0.6 试件编号