李云龙∗㊀甘红川
(桂林航天工业学院㊀能源与建筑环境学院，广西㊀桂林㊀５４１００４)
摘㊀要㊀通过实验方法对钢管混凝土短柱进行标准推出试验，运用钢管型钢混凝土短柱粘结滑移受力机理及滑移的本构特征，重点分析了型钢混凝土试件应变㊁应力及内部滑移沿锚固长度的分布规律，其结论从试验上对钢管型钢短柱混凝土粘结滑移本构关系提供了论证支持.
关键词㊀钢管混凝土柱；粘结滑移；试验分析
中图分类号:T U３９８．８㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:２０９５Ｇ４８５９(２０１８)０３Ｇ０４２０Ｇ０７
㊀㊀由大量研究和实验得知，型钢混凝土内部存在劈裂裂缝和粘结内裂缝，这些内裂缝在型钢混凝土构件受力后，由于型钢混凝土连接面范围内相对滑移的存在，使得型钢混凝土的粘结破坏机理变得异常复杂.国内外大量试验研究表明[１－５]，型钢混凝土粘结滑移的刚度，和钢筋混凝土情况相似，随埋置长
马铃薯馒头度方向上变化.通常有限元数值分析是得到纵向粘结滑移本构关系，再确定横向和法向的粘结滑移刚度，进行二维或三维粘结滑移模拟.以往研究得出型钢混凝土粘结滑移刚度和锚固位置有关，因此，为了建立粘结滑移本构模型，须研究型钢混凝土内部粘结应力和相对滑移的分布规律，确定不同锚固位置的粘结滑移刚度将变得重要.本文通过实验方法对钢管混凝土短柱进行标准推出试验，研究钢管型钢混凝土短柱粘结滑移受力机理及滑移本构，重点分析型钢混凝土试件应变㊁应力及内部滑移沿锚固长度的分布规律.
１㊀推出试验测试
１．１㊀试件加载方案
本试验试件采用图１钢管型钢混凝土标准推出试件，设计参数见表１.试件上端固定不动，下端自由构件各部位钢与混凝土之间的相对滑移用内置式滑移传感器量测.试验在万能压力试验机上进行.为了测试滑移量变化，在试件的自由端和荷载加载端分别安装电子百分表将加载端滑移和荷载直接输入到X－Y函数仪实现自动连续量测和记录，以对试验加载进行控制.
表１㊀试件设计参数
参数名称
试件编号
电子放大镜S R C０６１
试件编号
S R C０６２长细比３７
宽厚比４２．８６７３．６
钢管长度/mm４５０１０５０
钢管厚度/mm３．５６．５
预估荷载/k N１０２．９６２３３．５２
应变片/个２４３３
传感器/个６石墨密封圈
９
图１㊀推出实验示意图
０２４
∗作者简介：李云龙，男，河南洛阳人.工程师，硕士.研究方向：建筑结构设计分析.
１．２㊀试验的荷载－滑移曲线及其特征
由电子百分表准确地测量出钢管型钢混凝土短柱推出试件的荷载－滑移曲线[１０]，如图２所示.
图２㊀P－S曲线
分析图２可知，试验受力过程由以下几个过程组成:
(１)初始阶段(O－A段)：本阶段在加载初期构件不发生明显滑移，受力情况和普通混凝土相似，粘结力主要为构件的内部化学胶结力.
(２)滑移出现阶段(A－Aᶄ段)：此阶段受荷情况约为极限荷载的５０％~７０％之间，滑移出现在构件的受力端，另一端则不发生滑移.
焊锰钢板用什么焊条(３)裂缝出现阶段(Aᶄ－B段)：随着加载加大，达到极限荷载时范围内，在此过程开始阶段受力端滑移
发展加快，另一端开始滑移，达到极限荷载时，受力端出现纵向裂缝，另一端也快速展开滑移.
(４)构件破坏阶段(B－C段)：本阶段受力达到极限，构件滑移增加迅速，构件表面纵向裂缝迅速增加，出现破坏.
(５)残余阶段(C－D段)：此阶段滑移到达一定程度后，荷载保持稳定.
１．３㊀试件破坏过程
第一声响发生在销钉处，此时滑移量较明显，原因是销钉与钢管之间的挤压力超过了钢管的承受能力.随着荷载增加，响声会持续一段时间并且声音也会加大，裂缝随着加大.当加载到５００k N 左右时，销钉处明显向外突出，使得该处混凝土径向约束大大减小，混凝土近似处于非三向受压状态，混凝土在径向变形增大，钢管的横向变形也会进一步加大，对应处钢管外鼓.由此可以看出，销钉对试件的破坏状态及受力和传力都有很大的影响.当加载到大约７００k N以后响声消失，可能是此时钢管与混凝土之间的滑移量已经达到最大，钢管出现了较大裂缝，销钉与钢管之间的挤压力反而减小，声音消失.当荷载持续增加到１１２０k N左右，钢管与混凝土共同受压直至钢管屈服.屈服破坏时，端部钢管在四个平面上外鼓，当破坏荷载较大时，方钢管的角部甚至会开裂.当在钢管端部四个平面加上加劲肋，由于套箍作用钢管屈服位置会下移.
试验方案中预估荷载是根据最大粘结强度计算，实际的极限承载力是最终试件破坏的承载力，包括开始的滑移荷载和最终钢管与混凝土共同承压的荷载，因此极限承载力远远比预估承载力大.２㊀结果分析
２．１㊀型钢应变分析
为了研究钢管短柱应变分布的规律，在实验前沿构件不同锚固长度贴应变片来测量应变，随着试验加载情况不同，应变沿柱高不同位置将出现不同的分布，测试所得的应变数据见表２㊁表３.对数据进行分析作图(构件自由端端点为横坐标零点，应变变化为纵坐标)，利用指数函τ＝d e k x对测得的应变数据进行O r i g i n绘图软件进行数据拟合，通过拟合得到应变指数特征值k的取值范围－０．００４５９８~－０．００１７７５，方差为０．８３５２~０．９９５６，做出试件S R C０６１㊁S R C０６２在各级荷载下的应变分布曲线见图３㊁图４.分析可知:
(１)在整个受荷阶段，试件表面上的应变分布出现明显的上升特性，用上面拟合到的指数函数对试件表面的粘结应变进行分析，计算结果与试验曲线大体吻合，说明试验数据测试合理.
(２)构件在整个受荷过程中，型钢混凝土翼缘和腹板表面测试的应变数值符合指数函数分布规律.在受力端，拟合曲线的斜率值较大，得出此处的粘结应力也较大，但是接近构件的另一端，拟合所得到的曲线趋于平缓，而且测得的应变量值很小，所以此处的粘结应力也较小.
(３)由O r i g i n绘图软件对所测的构件应变分布进行拟合后，由拟合得出的曲线表明：该拟合曲线主要分为稳定段(随着柱子的升高，所测的应变值在构件的自由端由缓慢的递减)和陡降段(随着柱子的升高，所测的应变值在构件的受力端递减较
１２４
快)，所拟合的曲线两个阶段符合指数函数分布.
表２㊀S R C T E S T０６１中部钢管应变沿柱高的分布应变
mm荷载k m 柱高mm １７．６１０．６９１８．７４６．５８４６．３７４６．４４４７４７．５６
００６９１０１１７９３１９３２３３０２３１４３０５１５００３８９４１６０２３８２４８２１５２３２２４９３５００２３３３１０４１４６１７０１９９２２８２７２４５００１３１０１６７５９６９１８２１０３
图３㊀S R C T E S T０６１中部钢管应变沿柱高的分布塑料拖把头
表３㊀S R C T E S T０６２中部钢管应变沿柱高的分布
应变
mm荷载k m 柱高mm ０４０．１６１．８１０１．０５１５３．３１９９．３２８９．１８３３０．８３
００１０８１９０３６０４７０５７０７１０７７１１５００１２２１８６３２３４１６５０４６８３７５７３０００１００１５０２５４３２３３９４５３２５８５４５００７０１０２１６８２１５２６６３４９３９０６０００６２８８１４４１９３２２４３１２３４２７５００６０８６１３７１４７１６２２３１２５０９０００３８５７５８１００１１２１５５１５７１０５００２９３２０２０６６３７２２４
图４㊀S R C T E S T０６２中部型钢应变沿柱高的分布
２．２㊀粘结滑移分析
在本次试验中，型钢管与混凝土构件之间随着加载的变化会发生相互滑移，而且滑移量随着锚固长度的变化而变化.表４至表５为在不同受力下推出试件型钢与混凝土粘结滑移测量值.对数据进行分析作图(构件自由端端点为横坐标零点，型钢混凝土试件沿柱高滑移变化为纵坐标)，对试件S R C０６１㊁S R C０６２在整个受力过程中，所测得型钢表面上的粘结滑移值，利用函数S＝a x２＋b x＋c 用O r i g i n绘图软件进行数据拟合：其中a㊁b㊁c为粘结滑移特征值，图５至图６为在试验在加载作用下试件沿柱高分布的滑移曲线.对比分析粘结滑移的曲线表明:
(１)在加载端和自由端滑移最大，且基本对称分布于锚固长度的中点.试件中部滑移最小.由粘结滑移拟合曲线可以看出：试件的受力端和自由端滑移随着受荷增加而增大，由于滑移不断增大，使得钢管与混凝土不能协调工作，对构件受荷不利，从图５中看出，试件中部滑移相对较小，钢管与混凝土之间协同工作能力情况较好，对构件受荷有利.
(２)数据经统计回归分析，构件沿柱高的滑移分布曲线有二次函数分布特征，其拟合方差在０．９９９８以上，随着构件加载的逐渐增加，滑移分布曲线就越接近二次函数曲线.其原因是，在试件中部由于钢管侧向限制变形作用及锚固作用使得混凝土三向受力，变形受到一定的约束，因而滑移量较小.
(３)构件滑移最大发生在受力端和自由端，最小则出现在试件的中部.根据以往试验得出，如果型钢混凝土柱较长，受力端和自由端最先发生粘结破坏.型钢混凝土抗压强度一般都很大，破坏形式不是混凝土被压碎，而是型钢与混凝土发生剥离破坏的形式.
表４㊀S R C T E S T０６１试件沿柱高的内部滑移应变
mm荷载k m 柱高mm ２０４０６０８０
４５．０００．００７２５０．００９７１０．０１２６１０．１１８０３
６３．９４７０．００６７４０．００８３３０．０１０６９０．０９９１８
８２．８９５０．００６２８０．００７１００．００８９９０．０８２２６
１０１．８４２０．００５８６０．００６０１０．００７５００．０６７２７
３２４
(表４续)应变
mm荷载k m 柱高mm ２０４０６０８０
１２０．７８９０．００５４９０．００５０６０．００６２４０．０５４２２
１３９．７３７０．００５１７０．００４２７０．００５１９０．０４３１０
１５８．６８４０．００４９００．００３６２０．００４３６０．０３３９２
１７７．６３２０．００４６７０．００３１１０．００３７５０．０２６６７
１９６．５７９０．００４４９０．００２７６０．００３６６０．０２１３６
２１５．５２６０．００４３６０．００２５４０．００３１９０．０１７９７
２３４．４７４０．００４２７０．００２４８０．００３２３０．０１６５３
２５３．４２１０．００４２４０．００２５６０．００３５００．０１７０１
２７２．３６８０．００４２５０．００２７９０．００３９８０．０１９４３
２９１．３１６０．００４３００．００３１７０．００４６８０．０２３７８
３１０．２６３０．００４４１０．００３６９０．００５５９０．０３００７
３２９．２１１０．００４５６０．００４３６０．００６７３０．０３８２９
３４８．１５８０．００４７６０．００５１７０．００８０９０．０４８４５
３８６．０５３０．００５３００．００７２４０．０１１４５０．０７４５６
４０５．００００．００５６５０．００８５００．０１３４６０．０９０５２
激光内雕图５㊀S R C T E S T０６１试件沿柱高的内部滑移
４２４
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议