本文阐述了圆形钢管混凝土轴压短柱的受力机理,并基于试验结果确定了混凝土强度提高系数和钢管纵向强度折减系数,建立了该类构件承载力的简化计算公式。用建议公式对28个试验试件进行承载力计算,计算结果与试验结果和规范计算结果吻合良好。 In this paper, the bearing mechanism of axial-loaded circular concrete-filled steel tube (CFT) stub column is analyzed. Based on experimental results, the increase coefficient of concrete strength and the reduction ratio of steel longitudinal stress are analyzed and determined. Then, the simplified calculation equations of circular concrete-filled steel tube stub columns subjected to axial load are proposed. Finally, 28 specimens are calculated with the proposed equations, and the calculated results agree with the experimental and normative ones very well.
孙刚1,卓献荣1,欧桂鑫2,邱华耀1
1仲恺农业工程学院城市建设学院,广东 广州
2广州市中大科教职业培训学校,广东 广州
收稿日期:2018年8月5日;录用日期:2018年8月22日;发布日期:2018年8月29日
本文阐述了圆形钢管混凝土轴压短柱的受力机理,并基于试验结果确定了混凝土强度提高系数和钢管纵向强度折减系数,建立了该类构件承载力的简化计算公式。用建议公式对28个试验试件进行承载力计算,计算结果与试验结果和规范计算结果吻合良好。
关键词 :圆形钢管混凝土,短柱,极限承载力
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许多学者对圆形钢管混凝土柱的承载能力做了有针对性的研究,提出了一些计算该类构件的承载力计算公式,如文献 [
文献 [
在轴向压力作用下,圆形钢管混凝土柱中的混凝土处于三向受压状态,其极限抗压强度将大于无侧压混凝土的抗压强度;而圆钢管处于纵向、径向受压和环向受拉的复杂应力状态,环向拉力的存在使圆钢管的抗压极限强度低于钢材的单轴抗压强度。所以,圆形钢管混凝土轴压短柱的极限承载力可简单表示为
N u = k 1 f c A c + k 2 f y A s (1)
式中,Nu为圆形钢管混凝土轴压短柱极限承载力;fc、k1分别为混凝土单轴抗压强度和强度提高系数;fy、k2分别为钢材屈服强度和强度折减系数;Ac、As分别为圆形钢管混凝土柱中混凝土和钢管的横截面积。
文中对文献 [
δ = f y A s / f c A c (2)
式中,fc、fy分别为混凝土的抗压强度和钢材的屈服强度;As、Ac分别为钢管和混凝土的横截面积。k1和δ的回归曲线如图1所示,R2为回归趋势线的可靠系数。所以,圆钢管混凝土的强度提高系数k1表达式为
k 1 = 0.394 δ + 1.0156 (3)
文献 [
k 2 = 0.83 (4)
采用建议公式(1)~(4)对文献 [
试件编号 | D /mm | t /mm | fy /MPa | fc /MPa | Ne /kN | Nc1 /kN | Nc1/Ne | Nc2 /kN | Nc2/Ne |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
CC4-A-2 | 149 | 2.96 | 308 | 25.4 | 941 | 926.27 | 0.98 | 1023.21 | 1.09 |
CC4-A-4-1 | 149 | 2.96 | 308 | 40.5 | 1064 | 1172.72 | 1.10 | 1336.96 | 1.26 |
CC4-A-4-2 | 149 | 2.96 | 308 | 40.5 | 1080 | 1172.72 | 1.08 | 1336.96 | 1.24 |
CC4-A-8 | 149 | 2.96 | 308 | 77.0 | 1781 | 1768.44 | 0.99 | 2104.04 | 1.18 |
CC6-A-2 | 122 | 4.54 | 576 | 25.4 | 1509 | 1438.74 | 0.95 | 1341.68 | 0.89 |
CC6-A-4-1 | 122 | 4.54 | 576 | 40.5 | 1657 | 1592.24 | 0.96 | 1506.23 | 0.91 |
CC6-A-4-2 | 122 | 4.54 | 576 | 40.5 | 1663 | 1592.24 | 0.96 | 1506.23 | 0.91 |
CC6-A-8 | 122 | 4.54 | 576 | 77.0 | 2100 | 1963.29 | 0.93 | 1983.98 | 0.94 |
CC6-C-2 | 239 | 4.54 | 507 | 25.4 | 3035 | 3144.65 | 1.04 | 3483.94 | 1.15 |
CC6-C-4-1 | 238 | 4.54 | 507 | 40.5 | 3583 | 3757.38 | 1.05 | 4242.27 | 1.18 |
CC6-C-4-2 | 238 | 4.54 | 507 | 40.5 | 3647 | 3757.38 | 1.03 | 4242.27 | 1.16 |
CC6-C-8 | 238 | 4.54 | 507 | 77.0 | 5578 | 5282.32 | 0.95 | 6183.17 | 1.11 |
CC6-D-2 | 361 | 4.54 | 525 | 25.4 | 5633 | 5773.33 | 1.03 | 6642.44 | 1.18 |
CC6-D-4-1 | 361 | 4.54 | 525 | 41.1 | 7260 | 7323.50 | 1.01 | 8554.14 | 1.18 |
CC6-D-4-2 | 360 | 4.54 | 525 | 41.1 | 7045 | 7291.31 | 1.03 | 8515.30 | 1.21 |
CC6-D-8 | 360 | 4.54 | 525 | 85.1 | 11505 | 11611.08 | 1.01 | 13913.36 | 1.21 |
CC8-A-2 | 108 | 6.47 | 853 | 25.4 | 2275 | 2336.56 | 1.03 | 714.16 | 0.31 |
CC8-A-4-1 | 109 | 6.47 | 853 | 40.5 | 2446 | 2472.72 | 1.01 | 675.58 | 0.28 |
CC8-A-4-2 | 108 | 6.47 | 853 | 40.5 | 2402 | 2445.34 | 1.02 | 625.36 | 0.26 |
CC8-A-8 | 108 | 6.47 | 853 | 77.0 | 2713 | 2708.30 | 1.00 | 826.13 | 0.30 |
CC8-C-2 | 222 | 6.47 | 843 | 25.4 | 4964 | 5403.10 | 1.09 | 5459.53 | 1.10 |
CC8-C-4-1 | 222 | 6.47 | 843 | 40.5 | 5638 | 5929.25 | 1.05 | 5964.05 | 1.06 |
CC8-C-4-2 | 222 | 6.47 | 843 | 40.5 | 5714 | 5929.25 | 1.04 | 5964.05 | 1.04 |
CC8-C-8 | 222 | 6.47 | 843 | 77.0 | 7304 | 7201.07 | 0.99 | 7513.83 | 1.03 |
CC8-D-2 | 337 | 6.47 | 823 | 25.4 | 8475 | 8890.91 | 1.05 | 10230.54 | 1.21 |
CC8-D-4-1 | 337 | 6.47 | 823 | 41.1 | 9668 | 10205.35 | 1.06 | 11740.92 | 1.21 |
CC8-D-4-2 | 337 | 6.47 | 823 | 41.1 | 9835 | 10205.35 | 1.04 | 11740.92 | 1.19 |
CC8-D-8 | 337 | 6.47 | 823 | 85.1 | 13776 | 13889.15 | 1.01 | 16341.29 | 1.18 |
表1. 圆形钢管混凝土轴压短柱承载力计算结果与试验结果和规范计算结果的比较
注:表中Ne、Nc1、Nc2分别表示实验结果、本文和GB50936-2014的计算结果。
图1. k1和δ回归曲线
本文在建立轴压下圆形钢管混凝土短柱承载力简化计算表达式的过程中,得到以下结论:
1) 采用混凝土纵向强度提高系数和钢管纵向强度折减系数建立圆形钢管混凝土轴压短柱承载力简化计算的公式,表达式简单,力学概念清晰,参数物理意义明确;
2) 用建议表达式对圆形钢管混凝土轴压试件进行计算,计算结果与试验结果吻合良好;
3) 建议公式可为该类构件的工程设计提供参考。
广州市科技计划项目(201704020186),广东省大学生创新实验项目(KA170504213)。
孙 刚,卓献荣,欧桂鑫,邱华耀. 轴压下圆形钢管混凝土短柱承载力的简化计算 Simplified Calculation of Ultimate Strength for Axial-Loaded Circular CFT Stub Columns[J]. 土木工程, 2018, 07(05): 667-670. https://doi.org/10.12677/HJCE.2018.75078