朱　艳

(大同煤矿集团有限责任公司企划部，山西 大同　037003)



置换系数对钢管混凝土叠合柱压弯性能的影响

朱艳

(大同煤矿集团有限责任公司企划部，山西 大同037003)

设计了4个除置换系数外其他参数均一致的钢管混凝土叠合柱试件，通过偏心受压试验，研究试件从加载到混凝土压碎的全过程，并记录分析了其破坏现状，结合测得的各试件极限承载力，分析了置换系数对钢管混凝土叠合柱在偏心荷载作用下的压弯性能的影响,试验结果表明，置换系数可提高构件承载力，但提高幅度不大。

钢管混凝土叠合柱，置换系数，偏心受压试验,极限承载力

钢管混凝土叠合柱[1-5]是由截面中部的钢管混凝土和钢管外钢筋混凝土组成的一种叠合构件，其具有抗剪承载力高、延性好及易实现强剪弱弯的优良特性。基于前述研究，本文共设计4个矩形截面的钢管混凝土叠合柱(编号分别为Z1，Z2，Z3，Z4)进行偏心受压试验研究，通过实践观察上述构件的破坏形态，及依据所测得的极限承载力进一步获得在其余参数均一致的情况下，置换系数(钢管外径与柱截面宽度的比值)对钢管混凝土叠合构件压弯性能的影响。

1　试验概况及材料性能试验

1.1试验设计及材料性能试验

本试验共设计4个矩形截面钢管混凝土叠合柱试件，详细参数见表1。

表1　试件参数

混凝土材料性能试验结果详见表2。本试验的钢管采用无缝钢管，纵筋和箍筋均采用HPB235，钢材材料性能试验结果详见表3。

表2　混凝土材料性能试验结果　MPa

表3　钢材材料性能试验结果

混凝土构件在自然养护完成后，在试件表面画出定位轴线，为后续贴应变片做准备。为测得钢管、纵筋和混凝土材料的应变及加载过程中的应力变化，共粘贴22个应变片，应变片粘贴布置示意图见图1。

1.2试验加载方案

本试验加载装置采用长春试验机有限公司生产的YAW-5000型5 000 kN大型压力试验机。试件加载方式为刀铰加载。加载装置尺寸示意图见图2。

2　试验结果与分析

2.1试件极限承载力的测定

采用上述压力加载装置，在其余参数均相同的情况下，研究置换系数对钢管混凝土叠合柱的压弯性能的影响，经试验可知，Z1，Z2，Z3，Z4试件的极限承载力，见表4。

表4　Z1，Z2，Z3，Z4试件的极限承载力　kN

2.2试验过程现状描述

经试验过程中的仔细观察和数据记录，试件Z1～Z4的加载破坏过程如下：

试件Z1：试件初期准备工作完成后开始加载，根据现场试验观察，当荷载加载到48 kN时，该构件跨中附近出现一条横向裂缝，继续加大荷载，横向裂缝扩展并伴随着新的横向裂缝出现，当荷载加载到475 kN时，该构件受压区出现竖向裂缝，当加载到590 kN时，受压混凝土部分被压碎，构件破坏。破坏现状见图3c)。

由试验数据分析可知，在加载初期阶段，受拉钢筋的应变相比受拉钢管较大，当加载荷载达495 kN时，受拉钢筋先于受拉钢管屈服，继续加大荷载，当荷载加大到553 kN时，受拉钢管屈服，当试件最终破坏时，钢管和钢筋的受压应变基本保持一致且均未达到其各自屈服极限。

试件Z2：试件初期准备工作完成后开始加载，根据现场试验观察，当荷载加载到45 kN时，该构件跨中偏上约15 cm处出现一条横向裂缝，继续加大荷载，横向裂缝扩展并伴随着新的横向裂缝出现且均在试件偏上部分，当荷载加载到498 kN时，该构件牛腿受压区出现竖向裂缝，当加载到528 kN时，牛腿下方混凝土部分被压碎，构件破坏。破坏现状见图3a)。

由试验数据分析可知，在加载初期阶段，受拉钢筋的应变相比受拉钢管较大，当加载荷载达355 kN时，受拉钢筋先于受拉钢管屈服，继续加大荷载，当加载到523 kN时，受压钢筋屈服，当加载到530 kN时，受拉钢管屈服且构件破坏。当试件最终破坏时，钢管和钢筋的受压、受拉应变基本保持一致。

试件Z3：试件初期准备工作完成后开始加载，根据现场试验观察，当荷载加载到90 kN时，该构件跨中偏上约8 cm处出现一条横向裂缝，继续加大荷载，横向裂缝扩展并伴随着新的横向裂缝出现，当荷载加载到525 kN时，该构件跨中受压区出现竖向裂缝，当加载到570 kN时，受压区混凝土部分被压碎，构件破坏。破坏现状见图3b)。

由试验数据分析可知，在加载初期阶段，受拉钢筋的应变相比受拉钢管较大，当加载荷载达425 kN时，受拉钢筋先于受拉钢管屈服，继续加大荷载，当加载到545 kN时，受压钢筋屈服，当加载到563 kN时，受拉钢管屈服且构件破坏。当试件最终破坏时，受压钢管应变并未达到其屈服极限即其性能并未充分发挥。

试件Z4：试件初期准备工作完成后开始加载，根据现场试验观察，当荷载加载到100 kN时，该构件跨中附近出现一条横向裂缝，继续加大荷载，横向裂缝扩展并伴随着新的横向裂缝出现，当荷载加载到570 kN时，该构件受压区出现竖向裂缝，当加载到600 kN时，受压混凝土部分被压碎，构件破坏。破坏现状见图3d)。

由试验数据分析可知，在加载初期阶段，受拉钢筋的应变相比受拉钢管较大，当加载荷载达490 kN时，受拉钢筋先于受拉钢管屈服，继续加大荷载，受拉钢管应变增大速率加快，当荷载加到515 kN时，受拉钢管屈服，当荷载加大到590 kN时,受压钢管屈服。当试件最终破坏时，受压钢筋应变仍然保持增长即并未进入屈服状态。

2.3试验结果分析

1)经上述试验可知，试件Z1,Z2,Z3,Z4在偏心受压的情况下，破坏形式基本为受拉钢筋屈服、受压钢筋屈服,并最终导致受压混凝土被压碎，构件破坏。2)经上述试验可知，试件Z1，Z2，Z3，Z4在偏心受压的情况下，承载力随着置换系数的增大而增大，但增长趋势渐缓。

3　结语

本文通过对4个钢管混凝土叠合柱试件的偏心受压试验可知：

1)钢管混凝土叠合柱构件在其他参数相同的情况下，构件的极限承载力随着置换系数的增大而增大，但增长趋势渐缓。说明置换系数可提高构件承载力，但提高幅度不大。2)钢管混凝土叠合柱构件在偏心荷载作用下的破坏形式基本为受拉钢筋屈服、受拉钢管屈服、受压钢筋屈服并最终导致受压混凝土被压碎，构件破坏。故可认为混凝土叠合柱外围混凝土被压碎时，受压钢筋已屈服或接近屈服状态，即后续计算相应承载力时可按受压钢筋已屈服考虑。

[1]蔡绍怀.现代钢管混凝土结构(修订版)[M].北京：人民交通出版社，2007:3-7.

[2]韩林海，杨有福.现代钢管混凝土结构技术[M].第2版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

[3]林立岩，李庆钢.钢管混凝土叠合柱的设计概念与技术经济性分析[J].建筑结构，2008，38(3):17-21.

[4]康洪震,钱稼茹.钢管混凝土叠合柱轴压强度试验研究[J].建筑结构,2006,36(sup):22-25.

[5]王刚,钱稼茹,林立岩.钢管混凝土叠合构件受弯性能分析[J].工业建筑,2006,36(2):68-71.

Replacement coefficient on steel concrete composite columns bending performance

Zhu Yan

(Planning-Department,DatongCoalMineGroupCo.,Ltd,Datong037003,China)

Uniform design of 4 other parameters except coefficient of displacement of reinforced concrete column specimens by eccentric compression test, study the specimens to the whole process of crushing of concrete from loading, record and analyze its failure characteristics, through the measured bearing force, analysis of influence bending performance coefficient of displacement of steel concrete composite columns under eccentric load. The test results show that the replacement coefficient can improve the bearing capacity of structure, but the increase is limited.

steel concrete composite columns, replacement coefficient, eccentric compression test, ultimate bearing capacity

1009-6825(2016)19-0043-03

2016-04-28

朱艳(1982- ),女，工程师

TU375

A