圓截面鋼管混凝土受彎構(gòu)件基本靜力性能試驗(yàn)研究

圓截面鋼管混凝土受彎構(gòu)件基本靜力性能試驗(yàn)研究

0圓截面偏壓構(gòu)件目前，國內(nèi)外對(duì)圓形鋼筋混凝土壓力構(gòu)件的研究較多，但對(duì)圓形鋼筋混凝土彎曲部分的研究較少。這是因?yàn)樵诠こ虒?shí)踐中,受彎構(gòu)件較少采用圓截面形式,但是,可以將圓截面受彎構(gòu)件視為軸力為0的圓截面偏壓構(gòu)件,開展關(guān)于該類構(gòu)件的研究將有助于深入認(rèn)識(shí)圓截面偏壓構(gòu)件。本文通過4個(gè)圓截面鋼管混凝土受彎構(gòu)件的試驗(yàn),對(duì)其荷載—跨中撓度曲線、環(huán)向應(yīng)變分布規(guī)律、平截面假定、縱向應(yīng)變以及同一點(diǎn)縱、環(huán)向應(yīng)變對(duì)比等靜力性能進(jìn)行研究。1試驗(yàn)總結(jié)1.1測(cè)試室1.1.1試件的參數(shù)試件跨度L0=1200mm,實(shí)際長度L=1400mm,鋼管壁厚ts=4.5mm,試件的其他參數(shù)及承載力實(shí)測(cè)值Pu(取跨中撓度δm達(dá)到L0/50時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載P為Pu)見表1,其中,fcu為混凝土150mm立方體抗壓強(qiáng)度,fck為軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,D為鋼管外徑。1.1.2極限強(qiáng)度和彈性模量es試驗(yàn)采用無縫鋼管。由標(biāo)準(zhǔn)拉伸試驗(yàn)得到fy,鋼材極限強(qiáng)度fu和彈性模量Es等見表2?；炷敛捎?25#普通硅酸鹽水泥;中粗砂;碎石顆粒直徑為5~15mm;另添加1%的減水劑,強(qiáng)度值見表1。1.1.3空鋼管的澆筑及混凝土澆筑首先按照要求的尺寸加工空鋼管,保證端面平整;對(duì)應(yīng)每個(gè)試件加工2塊200mm×200mm×10mm的蓋板,先將空鋼管的一端與蓋板焊接,待澆筑混凝土后,再將鋼管的另一端與蓋板焊接,并保證焊縫的質(zhì)量。在澆筑混凝土?xí)r,首先將鋼管直立,使未焊接蓋板的一端向上,從頂部灌入;灌入時(shí)采用分層灌入法,每灌入一層,即用?50插入式振搗棒伸入鋼管內(nèi)部振搗,直至混凝土密實(shí),并使混凝土略高于鋼管端部;待養(yǎng)護(hù)28d后,將混凝土面與鋼管端面找齊,此時(shí)可焊接另一塊蓋板。1.2測(cè)試試驗(yàn)在沈陽建筑大學(xué)結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行,試驗(yàn)裝置以及測(cè)量儀器布置等如圖1所示。1.2.1梁的撓度測(cè)量在構(gòu)件跨中截面的鋼管上,沿周長布置11片電阻應(yīng)變片(圖2),其中,1~7為縱向應(yīng)變片,1′,3′,5′和8′為環(huán)向應(yīng)變片。在梁跨的3分點(diǎn)和跨中處,用位移計(jì)測(cè)量梁的撓度;在支座處用位移計(jì)測(cè)量支座沉降。1.2.2kn壓力傳感器試驗(yàn)采用3分點(diǎn)加載方法,油壓千斤頂加載,荷載的測(cè)定采用200kN或300kN壓力傳感器。試驗(yàn)采用分級(jí)加載制,在彈性范圍內(nèi),荷載級(jí)差為5kN,持載2min后,再施加下一級(jí)加載;當(dāng)荷載達(dá)到大約60%預(yù)計(jì)極限荷載以后,慢速連續(xù)加載;δm超過L0/50后,采用δm控制加載至試件破壞。1.2.3數(shù)據(jù)收集采用UCAM70A靜態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集數(shù)據(jù),同時(shí)記錄和繪制P—δm曲線。2試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1p對(duì)鋼管約束效應(yīng)系數(shù)的影響圖3為試件的P—δm曲線。從圖3可見,在本文試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi),P—δm曲線可以劃分為以下3階段:彈性階段、彈塑性階段和增強(qiáng)階段。在彈性階段,δm基本隨P的增加而線性增加,由于P較小,δm也較小;在彈塑性階段,隨著P的增加,δm開始加速增長;由于本文試件的鋼管約束效應(yīng)系數(shù)ξs=Asfy/(Acfck)(As和fy分別為鋼管的橫截面積和屈服強(qiáng)度,Ac為混凝土的橫截面積)較大,在彈塑性階段之后進(jìn)入增強(qiáng)階段,表現(xiàn)為較小的P就可以產(chǎn)生較大的δm,在試驗(yàn)加載后期,幾乎肉眼可見δm的增加。還可以看出,雖然4個(gè)試件的Pu相差較大,但它們進(jìn)入彈塑性階段時(shí)所對(duì)應(yīng)的δm卻比較接近,大約相當(dāng)于L0/200。2.2試驗(yàn)結(jié)果的分析2.2.1截面截面的應(yīng)變分析圖4為試件的P—εc曲線,其中,εc為鋼管的環(huán)向應(yīng)變。由圖4可見,εc沿截面圓周分布不均勻:1點(diǎn)環(huán)向拉應(yīng)變最大,5點(diǎn)環(huán)向壓應(yīng)變最大,其他點(diǎn)的環(huán)向應(yīng)變介于這兩點(diǎn)之間,或?yàn)槭芾?或?yàn)槭軌骸?.2.2鋼管縱向應(yīng)變圖5為試件縱向應(yīng)變沿截面高度分布,其中,εl為鋼管的縱向應(yīng)變。圖5表明,從加載之初直到大約0.7Pu,縱向應(yīng)變沿截面高度分布基本符合平截面假定。2.2.3試件內(nèi)部應(yīng)變值圖6為鋼管縱向應(yīng)變比較。由圖6可見,雖然4個(gè)試件的Pu相差較大,但試件屈服時(shí)的縱向應(yīng)變值卻十分接近,介于1500~2100με,大致相當(dāng)于鋼管各自的屈服應(yīng)變。2.2.4縱向或縱向受拉圖7為同一點(diǎn)縱向和環(huán)向應(yīng)變的比較,其中,ε為應(yīng)變。由圖7可見,同一點(diǎn)縱向和環(huán)向應(yīng)變異號(hào):縱向受壓則環(huán)向受拉,反之,縱向受拉則環(huán)向受壓;縱向受拉點(diǎn)的鋼管對(duì)混凝土沒有約束作用。分析原因如下:在縱向受壓區(qū),該處的混凝土也受壓,需要鋼管為其提供環(huán)向約束,因此,鋼管環(huán)向受拉;在縱向受拉區(qū),該處的混凝土也受拉,無需鋼管為其提供環(huán)向約束,鋼管的環(huán)向應(yīng)變?yōu)橄鄬?duì)于縱向受拉的環(huán)向收縮,表現(xiàn)為環(huán)向受壓。3鋼管縱向和縱向應(yīng)力應(yīng)變的特征(1)在本文試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi),圓截面鋼管混凝土受彎構(gòu)件的荷載—跨中撓度曲線可以劃分為以下3個(gè)階段:彈性階段、彈塑性階段和增強(qiáng)階段;所有試件均在跨中撓度達(dá)到大約1/200跨度時(shí)結(jié)束彈性階段。(2)環(huán)向應(yīng)變沿截面圓周分布不均勻:縱向受拉最大點(diǎn)環(huán)向壓應(yīng)變最大,縱向受壓最大點(diǎn)環(huán)向拉應(yīng)變最大,其他點(diǎn)的環(huán)向應(yīng)變介于這兩點(diǎn)之間,或?yàn)槭芾?或?yàn)槭軌骸?3)從加載之初直到大約0.