矩形中空夾層鋼管混凝土純彎構(gòu)件的試驗(yàn)研究

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1、鐵道建筑2012年第12期RailwayEn~neefingl55文章編號(hào)：1003—1995(2012)12—0155—04矩形中空夾層鋼管混凝土純彎構(gòu)件的試驗(yàn)研究謝力，陳夢(mèng)成，黃宏(1．華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，江西南昌330013；2．南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西南昌330031)摘要：中空夾層鋼管混凝土是在兩根同心放置的鋼管夾層中灌筑混凝土而成的一種新型結(jié)構(gòu)。本文以空心率為主要變化參數(shù)，設(shè)計(jì)了3根矩形中空夾層鋼管混凝土和1根矩形實(shí)心鋼管混凝土試件，通過(guò)試驗(yàn)研究了其在純彎狀態(tài)下的力學(xué)性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：在加載過(guò)程中，所有試件均表現(xiàn)出良好的塑性性能；矩形中空夾層鋼管混凝土抗彎

2、承載力較矩形實(shí)心鋼管混凝土有顯著的提高；同時(shí)用有限元方法對(duì)試件彎矩一跨中撓度曲線進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。關(guān)鍵詞：矩形中空夾層鋼管混凝土純彎試驗(yàn)有限元中圖分類號(hào)：TU392．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：ADOI：10．3969／j．issn．1003．1995．2012．12．45中空夾層鋼管混凝土是在兩根同心放置的鋼管夾性能和特點(diǎn)，提出了圓形、方形及矩形鋼管混凝土純彎層中灌筑混凝土而成的一種新型組合結(jié)構(gòu)。不僅繼承彎矩一曲率關(guān)系全過(guò)程曲線的實(shí)用計(jì)算公式。黃宏等了普通鋼管混凝土承載力高、塑性和韌性好的優(yōu)點(diǎn)，由(2006)進(jìn)行了5個(gè)圓中空夾層鋼管混凝土純彎構(gòu)件于特殊的截面形式還具有截

3、面開(kāi)展、抗彎剛度大、自重的試驗(yàn)研究。盧方偉等(2008)通過(guò)對(duì)3個(gè)非等壁厚輕、抗震性能好等特點(diǎn)。變換內(nèi)外管的截面形式，可以矩形鋼管混凝土純彎構(gòu)件的試驗(yàn)研究，考察非等壁厚矩組合出多種不同種類的中空夾層鋼管混凝土，本文研形鋼管混凝土受彎構(gòu)件的力學(xué)性能。于清等(2008)Es]究如圖1所示矩形中空夾層鋼管混凝土在純彎狀態(tài)下采用有限元軟件ABAQUS對(duì)鋼管約束混凝土純彎構(gòu)件的力學(xué)性能。的荷載一變形關(guān)系進(jìn)行了計(jì)算。李毅等(2009)進(jìn)行——i了帶肋方鋼管混凝土純彎構(gòu)件的試驗(yàn)研究，并用有限元I軟件ABAQUS對(duì)其工作機(jī)理進(jìn)行了分析。本文以空心率為主要變化參數(shù)，設(shè)計(jì)3個(gè)矩形中空夾層鋼管混凝土

4、和1個(gè)矩形實(shí)心鋼管昆凝土試件，通過(guò)試驗(yàn)研究，考察矩形中空夾層鋼管混凝土試件在純彎狀態(tài)下的力學(xué)性能。同時(shí)采用有限元軟件lABAQUS對(duì)矩形中空夾層鋼管混凝土純彎試件的受力全過(guò)程進(jìn)行計(jì)算，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。II1試驗(yàn)概況與方法圖1試件截面示意共設(shè)計(jì)了3個(gè)矩形中空夾層鋼管混凝土試件和1個(gè)矩形實(shí)心鋼管混凝土的對(duì)比試件，對(duì)其進(jìn)行純彎試國(guó)內(nèi)外已有研究者對(duì)鋼管混凝土及中空夾層鋼管驗(yàn)。具體參數(shù)見(jiàn)表1，其中。，D。，t。，B，D，t分別為混凝土純彎構(gòu)件的力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)和理論研究。陶忠等(2004)?以空心率為變化參數(shù)，進(jìn)行了5個(gè)方外內(nèi)鋼管截面的寬度、高度和厚度，廠v。，分別為試件外內(nèi)鋼管

5、的屈服強(qiáng)度；．為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)中空夾層鋼管混凝土純彎構(gòu)件的試驗(yàn)研究。堯國(guó)皇等度；為試件空心率，=(A一A)／AA為外鋼管(2004)通過(guò)分析荷載一變形全過(guò)程各階段的力學(xué)內(nèi)徑所包圍的面積，A為混凝土截面面積；M。為試驗(yàn)測(cè)得的極限彎矩，為本文計(jì)算得到的極限彎矩。試收稿日期：2012-04—20；修回日期：2o12—09—20基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金(51008122，50968006)；江西省教育廳項(xiàng)件設(shè)計(jì)時(shí)，主要變化參數(shù)為空心率。目資助(GJJ10709)內(nèi)外鋼管的制作形式為：先將兩片切割好的鋼板作者簡(jiǎn)介：謝力(1978一)，男，江西南昌人，實(shí)驗(yàn)師，博士研究生。放在折邊機(jī)

6、上折成槽型，再用坡口對(duì)接焊縫將兩個(gè)槽156鐵道建筑December，2012型鋼板焊接成矩形鋼管。為確保鋼管與端板垂直焊量配合比為水：水泥：砂：石：215：489：517：1157，采接，鋼管兩端要打磨平整。在一端蓋板上定好內(nèi)外鋼用中粗砂，最大粒徑為12ITlm的卵石?；炷翗?biāo)準(zhǔn)立管的位置，以確保內(nèi)外管同心，先焊內(nèi)管再焊外管，另方體強(qiáng)度．由同條件成型養(yǎng)護(hù)的150mm立方體試塊一端蓋板待混凝土灌筑完畢后再焊上。內(nèi)、外管之間測(cè)得。的頂部采用鋼筋支撐，以免澆筑混凝土?xí)r將內(nèi)管振偏。試驗(yàn)在華東交通大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)裝置鋼材強(qiáng)度由標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)確定。和測(cè)點(diǎn)布置詳見(jiàn)圖2。試驗(yàn)采用四分點(diǎn)加

7、載方式，其采用攪拌機(jī)進(jìn)行機(jī)械攪拌混凝土，澆筑時(shí)將鋼管支座之間的距離為1400mm。加載設(shè)備為500t壓力豎立，從頂部分層灌人混凝土，并用插入式振搗棒進(jìn)行機(jī)，用50t壓力傳感器測(cè)定千斤頂所施加的荷載，將所振搗，使之密實(shí)。試件養(yǎng)護(hù)方法為自然養(yǎng)護(hù)，兩周后鑿讀荷載乘以350mm可得試件純彎段的彎矩。在試件去混凝土表面浮漿，再用高強(qiáng)環(huán)氧砂漿將混凝土表面跨中截面上下側(cè)各貼一枚縱向應(yīng)變片，試件左右一側(cè)與鋼管管面抹平，待其硬化后打磨平整，然后焊上上蓋貼3枚縱向應(yīng)變片，測(cè)量試件跨中截面的縱向應(yīng)變。板，以保證鋼