钢管混凝土柱局部承载力分析

2010-06-12成家园

山西建筑 2010年8期

成家园

在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土构件,外包钢管约束了核心混凝土,使混凝土处于三向受压状态;核心混凝土又阻止了外包钢管内凹的局部屈曲。两种材料相互弥补了彼此的弱点,充分发挥了各自的长处,从而使得钢管混凝土具有承载能力高、塑性和韧性好的特点。由于钢管混凝土构件主要应用于承受轴向压力,因此,根据受压面积的不同,承载力可分为全截面受压承载力和局部受压承载力两种[1]。故本文采用正交试验法[2],对影响局部受压承载力的因数进行分析。

1 钢管混凝土构件局部受压承载力计算方法

本文采用的局部受压承载力计算公式为:

其中,fc为混凝土抗压强度;Al为局部受压面积;θ为钢管混凝土的套箍指标,θ=faAa/fcAc,fa为钢管抗拉、抗压强度设计值,Aa为钢管横截面面积,fc为混凝土抗压强度设计值,Ac为核心混凝土截面面积;β为钢管混凝土的局部受压强度提高系数,,当 β＞3时,取 3。

2 试验方案设计

2.1 因数水平的制定

由于套箍指标θ=faAa/fcAc=a◦fa/fc,其中,a为含钢率,a=Aa/Ac,因此,含钢率与套箍指标是相关的;另外,在钢管混凝土柱局部受压时,主要是核心混凝土承受轴向压力,而外包钢管主要起约束核心混凝土的作用。据此,本试验考察三个因数:核心混凝土强度、套箍指标和局部受压强度提高系数,每个因数取三个水平。根据文献[3],钢管混凝土构件的套箍指标不应低于0.48,故本试验设计对钢管混凝土构件的套箍指标的三个水平取值都大于0.48。各因数水平取值见表1。

表1 因数水平

2.2 试验方案的确定

由于本试验是三因数三水平试验,因此,采用L9(34)正交表。表头设计及试验方案见表2。

表2 表头设计及试验方案

3 试验结果及分析

3.1 试验结果

试件采用了3种不同直径的钢管,钢材强度 fy=360MPa。关于试件的详细资料及试验结果见表3。

表3 钢管混凝土试件表

3.2 试验结果分析

为了分析钢管混凝土局部受压承载力的影响因数,现对试验结果进行分析[4],详细分析见表4。

表4 试验结果分析

从极差R可知,核心混凝土强度对钢管混凝土构件的局部受压承载力影响最大,其次为钢管混凝土的局部受压强度提高系数,套箍指标对局部受压承载力的影响最小。

3.3 各因数与承载力的关系

从图1可知,随着混凝土强度等级的提高,局部受压承载力增大,因此在其他条件相同的情况下,可以通过提高核心混凝土的强度等级而达到提高局部承载力的目的。从图2可知,随着钢管混凝土局部受压强度提高系数的增大,局部受压承载力会减小,因此在其他条件相同的情况下,可以通过降低局部受压强度提高系数而达到提高局部承载力的目的。从图3可知,并不是外包钢管越厚,局部承载力就越大。