圓截面鋼管混凝土受彎構件基本靜力性能試驗研究

圓截面鋼管混凝土受彎構件基本靜力性能試驗研究

0圓截面偏壓構件目前，國內外對圓形鋼筋混凝土壓力構件的研究較多，但對圓形鋼筋混凝土彎曲部分的研究較少。這是因為在工程實踐中,受彎構件較少采用圓截面形式,但是,可以將圓截面受彎構件視為軸力為0的圓截面偏壓構件,開展關于該類構件的研究將有助于深入認識圓截面偏壓構件。本文通過4個圓截面鋼管混凝土受彎構件的試驗,對其荷載—跨中撓度曲線、環(huán)向應變分布規(guī)律、平截面假定、縱向應變以及同一點縱、環(huán)向應變對比等靜力性能進行研究。1試驗總結1.1測試室1.1.1試件的參數(shù)試件跨度L0=1200mm,實際長度L=1400mm,鋼管壁厚ts=4.5mm,試件的其他參數(shù)及承載力實測值Pu(取跨中撓度δm達到L0/50時所對應的荷載P為Pu)見表1,其中,fcu為混凝土150mm立方體抗壓強度,fck為軸心抗壓強度標準值,D為鋼管外徑。1.1.2極限強度和彈性模量es試驗采用無縫鋼管。由標準拉伸試驗得到fy,鋼材極限強度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;對應每個試件加工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,并保證焊縫的質量。在澆筑混凝土時,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部振搗,直至混凝土密實,并使混凝土略高于鋼管端部;待養(yǎng)護28d后,將混凝土面與鋼管端面找齊,此時可焊接另一塊蓋板。1.2測試試驗在沈陽建筑大學結構工程實驗室進行,試驗裝置以及測量儀器布置等如圖1所示。1.2.1梁的撓度測量在構件跨中截面的鋼管上,沿周長布置11片電阻應變片(圖2),其中,1~7為縱向應變片,1′,3′,5′和8′為環(huán)向應變片。在梁跨的3分點和跨中處,用位移計測量梁的撓度;在支座處用位移計測量支座沉降。1.2.2kn壓力傳感器試驗采用3分點加載方法,油壓千斤頂加載,荷載的測定采用200kN或300kN壓力傳感器。試驗采用分級加載制,在彈性范圍內,荷載級差為5kN,持載2min后,再施加下一級加載;當荷載達到大約60%預計極限荷載以后,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),同時記錄和繪制P—δm曲線。2試驗結果與分析2.1p對鋼管約束效應系數(shù)的影響圖3為試件的P—δm曲線。從圖3可見,在本文試驗參數(shù)范圍內,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系數(shù)ξs=Asfy/(Acfck)(As和fy分別為鋼管的橫截面積和屈服強度,Ac為混凝土的橫截面積)較大,在彈塑性階段之后進入增強階段,表現(xiàn)為較小的P就可以產生較大的δm,在試驗加載后期,幾乎肉眼可見δm的增加。還可以看出,雖然4個試件的Pu相差較大,但它們進入彈塑性階段時所對應的δm卻比較接近,大約相當于L0/200。2.2試驗結果的分析2.2.1截面截面的應變分析圖4為試件的P—εc曲線,其中,εc為鋼管的環(huán)向應變。由圖4可見,εc沿截面圓周分布不均勻:1點環(huán)向拉應變最大,5點環(huán)向壓應變最大,其他點的環(huán)向應變介于這兩點之間,或為受拉,或為受壓。2.2.2鋼管縱向應變圖5為試件縱向應變沿截面高度分布,其中,εl為鋼管的縱向應變。圖5表明,從加載之初直到大約0.7Pu,縱向應變沿截面高度分布基本符合平截面假定。2.2.3試件內部應變值圖6為鋼管縱向應變比較。由圖6可見,雖然4個試件的Pu相差較大,但試件屈服時的縱向應變值卻十分接近,介于1500~2100με,大致相當于鋼管各自的屈服應變。2.2.4縱向或縱向受拉圖7為同一點縱向和環(huán)向應變的比較,其中,ε為應變。由圖7可見,同一點縱向和環(huán)向應變異號:縱向受壓則環(huán)向受拉,反之,縱向受拉則環(huán)向受壓;縱向受拉點的鋼管對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)向應變?yōu)橄鄬τ诳v向受拉的環(huán)向收縮,表現(xiàn)為環(huán)向受壓。3鋼管縱向和縱向應力應變的特征(1)在本文試驗參數(shù)范圍內,圓截面鋼管混凝土受彎構件的荷載—跨中撓度曲線可以劃分為以下3個階段:彈性階段、彈塑性階段和增強階段;所有試件均在跨中撓度達到大約1/200跨度時結束彈性階段。(2)環(huán)向應變沿截面圓周分布不均勻:縱向受拉最大點環(huán)向壓應變最大,縱向受壓最大點環(huán)向拉應變最大,其他點的環(huán)向應變介于這兩點之間,或為受拉,或為受壓。(3)從加載之初直到大約0.