混凝土的密實度對矩形鋼管混凝土柱強度的影響

混凝土的密實度對矩形鋼管混凝土柱強度的影響摘要鋼管混凝土柱比鋼結(jié)構(gòu)柱，混凝土柱有更好的結(jié)構(gòu)性能。在過去的幾十年，方形鋼管和矩形鋼管混凝土柱已經(jīng)被廣泛應用。然而，鋼管混凝土柱的強度很容易收到混凝土密實度的影響。就預計而言，混凝土的密實度對鋼筋混凝土柱和鋼管混凝土柱的影響是不同的。對于鋼筋混凝土柱，混凝土的密實度僅僅影響混凝土的力學性能。但是，對于鋼管混凝土柱而言，情況是不同的。因為鋼管和混凝土的相互作用才是我們理解這種類型柱子的關(guān)鍵所在?；炷恋拿軐嵍炔粌H僅影響著核心混凝土的性能，也可能影響著核心混凝土與鋼管之間的相互作用，從而影響組合柱的性能。本文旨在研究混凝土的密實度對矩形鋼管混凝土柱的影響。本實驗利用35個矩形鋼管混凝土柱來研究混凝土的密實度對組合柱性能的影響，主要的參數(shù)為：（1）柱截面的長寬比，從1到2；（2）鋼管截面長度與管壁厚的比，從34到136；（3）荷載的偏心距，從0到31㎜；（4）柱子的長細比，從21到62；該試驗的目的有兩個，第一，記錄不同密實度條件下組合柱的實驗數(shù)據(jù)；第二，研究混凝土密實度對組合柱性能的主要影響。將以得到的柱子強度的實驗數(shù)據(jù)與預計的柱子的強度進行了對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混凝土的密實度越好，矩形鋼管混凝土柱的強度越高。關(guān)鍵詞：組合柱混凝土混凝土密實度試件性能組合行為引言在現(xiàn)代的建筑結(jié)構(gòu)中，在矩形鋼管，方形和圓形鋼管中填滿混凝土組成組合柱，這種組合柱優(yōu)點眾多，如：承載力高，安裝速度快，截面較小，防火性能好。然而，這種柱的性能又易于受到混凝土密實度的影響就預計而言，混凝土的密實度對鋼筋混凝土柱和鋼管混凝土柱的影響是不同的。對于鋼筋混凝土柱，混凝土的密實度僅僅影響混凝土的力學性能。但是，對于鋼管混凝土柱而言，情況是不同的。因為鋼管和混凝土的相互作用才是我們理解這種類型柱子的關(guān)鍵所在?；炷恋拿軐嵍炔粌H僅影響著核心混凝土的性能，也可能影響著核心混凝土與鋼管之間的相互作用，從而影響組合柱的性能。術(shù)語B矩形鋼管的寬D矩形鋼管截面的長度e荷載沿y-y軸方向的荷載偏心長度e/r荷載沿y-y軸方向的荷載偏心率Ec混凝土的彈性模量Es鋼材的彈性模量fsy鋼材的屈服強度fcu28天齡期混凝土立方體標準強度L彎矩作用平面內(nèi)柱子的有效屈曲長度Nu環(huán)境條件下組合柱的極限強度Nuc預測極限強度Nue實驗極限強度SLI強度損失值t鋼管的壁厚β矩形鋼管截面的長寬比λ長細比最近幾十年，對于鋼管和核心混凝土之間的粘結(jié)強度的研究已經(jīng)取得很大的進步。對于不同條件下制造的混凝土試樣進行了研究，如下所示：骨料與水泥的比為5.0，干燥處理，利用插入式振搗器壓實。骨料與水泥的比為5.0，濕潤處理，利用插入式振搗器壓實。骨料與水泥的比為5.5，濕潤處理，利用插入式振搗器壓實。骨料與水泥的比為5.5，濕潤處理，利用插入式振搗器未壓實。骨料與水泥的比為5.5，濕潤處理，利用手來壓實。骨料與水泥的比為5.5，濕潤處理，利用手未壓實。實驗結(jié)果表明，機械振動壓實下的試樣比手動壓實的試件有更高的粘結(jié)強度，且密實度越高則矩形鋼管混凝土構(gòu)件以及截面的整體性能更好。本實驗的主要目的是研究混凝土的密實度是否會影響鋼管混凝土柱的性能，該試驗利用了35個矩形鋼管混凝土柱來研究混凝土的密實度對組合柱的性能的影響。主要的參數(shù)為：（1）柱截面的長寬比，從1到2；（2）鋼管截面長度與管壁厚的比，從34到136；（3）荷載的偏心距，從0到31㎜；（4）柱子的長細比，從21到62；該試驗的目的有兩個，第一，記錄不同密實度條件下組合柱的實驗數(shù)據(jù)；第二，研究混凝土密實度對組合柱性能的主要影響。將以得到的柱子強度的實驗數(shù)據(jù)與預計的柱子的強度進行了對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，混凝土的密實度越好，矩形鋼管混凝土柱的強度越高。實驗過程在軸心荷載和偏心荷載作用下對35個柱子進行實驗。該試驗的目的不僅用來確定試樣的最大承載力，而且用來研究超過極限荷載時試樣的力學行為。圖1為焊接的矩形鋼管的橫截面，B與D代表矩形鋼管的寬和長，t為鋼管的壁厚，所有的鋼管都由低碳鋼板制造，這四塊鋼板從同一薄鋼板上取下，然后焊接為一矩形形狀，最后在轉(zhuǎn)角處進行單面斜口焊接。按照國標GB2975，對鋼管壁進行拉伸實驗，并從鋼管的每個面上取三組試樣，從這些數(shù)據(jù)得出鋼管的屈服強度為340.1MPa，彈性模量為207000MPa。攪拌混凝土的28天齡期的立方體抗壓強度大約為22MPa，按照國標GBJ81-85測得混凝土的彈性模量值為25306MPa，混合的比例如下：水泥：403kg/m3水：153kg/m3砂：561kg/m3粗骨料;1283kg/m3混凝土的壓實方法在這個階段將會對組合柱的力學行為產(chǎn)生一定的影響。表1總結(jié)了實驗中各個試件的最大荷載值，數(shù)據(jù)表明，振搗式試件與手壓試件相比有更高的極限強度，同時振搗式的短柱的極限強度比手壓式的柱的極限強度高3-30%，振搗式長柱的極限強度比手壓式的長柱極限強度高20-27%。圖示7說明，在兩種不同混凝土壓實情況下，試件的極限強度是不同的，為了比較的方便性，利用振搗器壓實的試件表述為MC，而利用手壓實的混凝土試件則表述為HC。實驗結(jié)果分析和討論通過定義以下的強度損失指數(shù)來衡量由于核心混凝土未密實而帶來的組合柱試件的強度損失。通過計算，表1列出了試件強度損失指數(shù)。計算試件的截面尺寸為195×130×2.65，圖示8是通過變化長細比來計算試件的強度損失指數(shù)。圖示9則是通過變化荷載偏心率。從圖示8，9可以得出，強度損失指數(shù)是隨著長細比與荷載偏心率的增大而增大的。通過對實驗結(jié)果的仔細研究可以得到一個很明顯的現(xiàn)象：試件的截面尺寸越大，強度損失指數(shù)越高。因為截面尺寸越大意味著核心混凝土的尺寸越大，混凝土對組合柱的承載力的貢獻值就越高。正是因為如此，大截面試件的混凝土的密實度對組合柱強度的影響就會比小截面試件更加明顯，從而導致強度損失值更高。通過以下的四種設計方法以及實驗中得到的實驗結(jié)果來比較試件的承載力。在所有的設計計算中，統(tǒng)一設置了材料的局部安全因素。表2列出了不同方法下的截面預測承載力與實驗承載力的比較結(jié)果。表3列出了不同設計方法下的平均值以及標準偏差值。表格中，振搗式密實混凝土表述為MC，手壓式密實混凝土表述為HC。表中的結(jié)果清楚地表明：LRFD,AIJ,EC4得到的數(shù)據(jù)是保守的。因為他們給出的承載力比實驗得到的低了8-12%。根據(jù)國標GTB4142-2000制定的實驗方法，預測的數(shù)據(jù)比實驗值稍高。總之，根據(jù)國標制定的實驗方法是最高的預測方法，其給出的平均值為1.017，偏差為0.0669.然而，對于手壓式密實的試件得到的預測值都是不安全的。通過比較可以得到，混凝土的密實方法對矩形鋼管混凝土試件的強度的影響是十分重要的。結(jié)論基于實驗結(jié)果，得到了以下的實驗結(jié)論：