文摘

一种新型的方形钢管混凝土(SCFST)提出了列,它的特点是横向加筋条钢管内部改善的有效约束核心混凝土的性能。这种复合材料的实验进行了轴向压缩下。结果表明,SCFST柱的承载力增强内部横向加筋条增加了4.5% -15%比普通SCFST列。横向应变小于SCFST列。随着钢筋直径的增加,减少酒吧的间距,轴向负荷能力增加。成员的横向应变明显降低。它指出,这种类型的约束混凝土芯的性能在一定程度上改善了。与此同时,基于统一理论,轴压承载力的简化计算公式。

1。介绍

的外钢管钢管混凝土结构能有效地提高约束内部混凝土和混凝土横向约束下的钢管是更好的三维压缩状态,以便具体能够更好地发挥其抗压性能(1- - - - - -5]。作为一种核心筒复合系统,SCFST列已广泛应用于结构因其方便的连接,高抗弯承载力和美丽的外观。基于上述特点,方形钢管混凝土在土木工程理论研究和工程应用已成为近年来更广泛(6- - - - - -12]。香港和月亮(13)研究了承载能力和能量耗散SCFST列在长期的轴向载荷。Uy [14]研究了短柱的力学性能的复合作用下轴向压缩和弯曲力矩。Susantha et al。15)提出了一个近似公式的轴向压缩应变约束混凝土在钢管混凝土柱截面不同。刘等人。16]研究了轴向压缩矩形钢管高强混凝土短柱的承载力。实验得到的负载能力与EC4的计算值相比,出版社,ACI。梁等。17纤维元素]提出了一种非线性分析方法来预测最终的混凝土的强度和延性的薄壁钢柱局部屈曲。法向应力再分配后的钢板出现局部屈曲。也提出了钢筋混凝土的延性和部分性能广场列也可以被两个性能指标。Dundu [1829日)进行了轴向压缩测试方钢管混凝土钢管,获得了轴向抗压强度,并提出一个两阶段的方程来模拟短列的计算公式和中长期细长的列。戴和林19]研究了钢管混凝土组合结构火行为的一系列(钢管混凝土短柱与标准火灾条件下四种典型的柱截面。实验结果表明,钢管混凝土柱的圆截面的最佳结构火灾的行为。在此基础上,设计高温条件下混凝土柱的简化公式。Evirgen et al。20.]48钢管混凝土柱进行了轴向压缩试验与不同变量的影响,研究和分析width-thickness比、混凝土的抗压强度,和列几何参数对轴向承载力、延性和混凝土柱的屈曲性能。Ellobody和年轻21]提出了一种计算承载力的方形不锈钢钢筋混凝土管列。雷德et al。22)提出了一个计算方法钢管混凝土的轴向负荷能力钢管的轴向压缩性能的实验结果广场不锈钢管道。许多专家和学者提出了各种各样的措施和结构来提高广场钢管对核心混凝土的约束效应的SCFST结构。Alfarabi et al。23]研究了不锈钢的轴向承载能力没有或填充混凝土短柱。它提高了焊接碳钢筋的内表面圆形中空的不锈钢管和不锈钢管混凝土短柱。增加加强筋的变化研究了方钢管混凝土组合截面成员由方(24),和成员的偏心压缩试验。发现列的稳定性和极限强度提高。与外部约束钢筋混凝土柱加固环和内部强化Alrebeh研究[25]。实验表明,相比之下,成员与外部强化环或内部强化,合并后使用更有效改善短柱成员的结构性能。为了进一步提高性能,可以减少内部钢筋的间距和内部钢筋的数量可以增加。李等人。26)提出了一种新的组合件与工字形的碳纤维增强复合材料包装在加强广场钢管短柱进行了双向弯曲试验。结果表明,新的短柱具有良好的承载能力和延性双轴弯曲试验。Alatshan et al。27)回顾了现有文献对加筋钢管混凝土和提出一个方法来系统地审查有关知识加强了钢管混凝土在现有文献。朱et al。28)提出了外隔板的连接方法使用perfobond肋骨(PBL)加强钢管混凝土方形钢管(CFSST)。测试表明,这种创新的连接方法提高了关节的荷载传递及变形。

从上面的研究,不难发现,外层钢管不太约束的内部混凝土芯SCFST列。因此,为了更好的促进外国钢管约束混凝土,应开发和研究更有效的限制措施。

本文提出了一种新的SCFST列。列的主要结构特征是一些横向钢筋焊接方钢管的内壁上,加强广场的约束核心混凝土的钢管;同时,方形钢管墙的局部稳定性加强,和的极限承载力和变形能力SCFST柱在轴向压力下有效地增强。分析了轴向载荷能力和延性;从统一理论的角度来看,一个公式的理论评价负荷能力的SCFST内部横向加筋条。

2。实验计划

2.1。标本制作

共有10个标本在压缩测试,其中一个方形钢管混凝土短柱和九SCFST内部横向加筋条。在实验之前,为了便于观察试样的变形,广场上用粉笔画测试块。所有标本都是6毫米厚的钢板高度为600毫米和200毫米的长度。加劲肋直径4毫米,6毫米,8毫米,分别和加劲肋长度是180毫米。内部横向钢筋间距是50毫米,75毫米和100毫米。Q235B钢板材料,HPB335横栏。典型的部分如图1,所有标本在表1。

2.2。材料特性

所有的样品都是6毫米厚钢板。钢铁是削减的一部分直接从广场的钢板钢管,和标准拉伸试验钢带材料属性的测试。表2和3分别描述和钢筋的力学性能。同时,钢管混凝土方形钢管标本倒;3块混凝土试件边长为150毫米的材料性能测试。混凝土试件的平均抗压强度与养护28天为31.6 MPa的时代。

2.3。实验设置

这个测试使用了偏航- 3000电液伺服压力试验机如图。负载是由分层的轴向加载的方式29日]。把样本中心的测试人员。钢块是固定的上下两端的标本,以防止负载表面附近的局部破坏。同时,确保基地的重心,样本,钢块在同一垂直线。实验研究中使用的装载设备如图2。

主要测量内容包括纵向和横向应变的标本,标本的轴向压力和轴向压缩变形的价值。列的纵向应变是附加到4钢管柱的外表面,3在每个表面,和位置是位于1/4,1/2和3/4的高度标本。横向应变测量的横向应变仪。粘贴3的4钢管柱的外表面。位置位于中间高度试样和分布式的1/4,横断面宽度的1/2和3/4。试样的表面纵向和横向。应变计的位置如图3。

在弹性阶段,控制负载的值在每个步骤是极限载荷的值的10%左右。每个加载步骤需要3 - 5分钟。当负载的增加的价值的85%计算极限荷载,加载速度降低,直到失败。每个样品的测试加载时间大约是2小时。

3所示。实验结果

3.1。失效模式

标本的失败模式如图4。两个样本显示钢管的局部屈曲。B0的标本,钢管局部屈曲是在高度方向上,但对于B1-B9标本,局部屈曲是很少或不明显。SCFST标本的失效模式主要是向外膨胀和弯曲的钢管顶部和中部,和外膨胀区域和规模很大。SCFST的失败与内部横向加筋条列主要发生在顶部。与此同时,有一个轻微的膨胀和屈曲SCFST中间和上部的部分,但它并不是特别明显。5 ~ 10毫米大小。在同一组样本,减少横向加强筋的间距,外部膨胀的程度往往会减少,表明增加管壁上的横向钢筋可以有效地延迟钢板的屈曲。

3.2。比较的承载能力

根据实验观察和标本的荷载位移曲线,如图5,这些压缩标本通常有三个阶段从开始加载到标本的失败。

在第一阶段,一开始装货,标本在一个弹性阶段从载荷应变曲线。没有明显的变化的钢管。

在第二阶段,当负载多达85%的极限容量,方形钢管的表面变形出现在一些地区和标本显示弹塑性行为。在这个阶段,钢管的局部屈曲的上端附近出现在第一个标本,然后发展到中间的标本,和局部屈曲的现象逐渐明显。负载达到极限荷载时,钢管的局部屈曲变形墙是显而易见的。

在最后阶段,当负载达到极限荷载时,混凝土内部破坏,试件的承载力下降迅速,和位移不断增加。

可以看到从图5峰会的负载普通SCFST列标本(B0)远小于其他9的标本(SCFST内部横向加筋条列)。指出横向加筋条可以在SCFST发挥积极作用。不同配置的横向加筋条,增加轴向负荷能力是不同的。

从数据5(一个)- - - - - -5 (c)可以看出,当横向钢筋的直径是常数,减少横向钢筋的间距会增加轴向负荷能力,但增加的幅度不同。传统SCFST标本有一个小的峰值点位移;SCFST与内部横向加筋条列具有更好的延性由于加筋钢筋。峰值点位移大,最后位移可达10 - 15毫米。当横向加劲肋的间距保持不变 毫米,直径变化,承载力只会增加0.8%到1.8%;当横向加强筋的间距 毫米,极限承载力只增加了1.6% ~ 3.3%;当横向加强筋的间距 毫米,直径的变化承载力增加1.7% ~ 4.9%。

根据上述分析,为SCFST内部横向加筋条列,提高承载力的效果SCFST与内部横向加筋条列通过钢筋直径的变化不明显;横向加强筋间距的变化有利于提高SCFST的承载力与内部横向加筋条列。降低横向加强筋的间距比增加加强筋的直径更有效。大直径的酒吧和小间距的横条,轴向承载能力的增加更明显。所有标本的轴向承载能力如表所示4。

从表4的负荷能力SCFST与横向加筋条列是优于SCFST列。在所有标本,最大振幅增加15%;最小的增加达到4.5%;这主要是由于疲软的方形钢管对核心混凝土的约束。当横向加筋条焊接在钢管内部,它可以加强广场钢管对混凝土的约束效应,使混凝土核心地区从三个方向,获得更好的压缩和改善混凝土的承载力。它指出,钢管内的横向加筋条可以发挥重要的作用在促进SCFST列的负荷能力。

3.3。在钢管混凝土钢的数量

钢的标本的数量如表所示5。

3.3.1。钢筋直径的变化的影响

根据表中的数据5,我们可以知道方钢钢筋混凝土柱的钢铁消费为2.3%,3%,4%,5.1%,6.6%,9.5%,9.1%,11.7%,和16.8%,分别。和相应的承载力增长3%,5%,7%,4%,9%,12%,6%,12%,和15%,分别。剩余的100毫米的间距不变,当横向加筋条的直径从4毫米,6毫米,8毫米,相应增加的钢铁是2.3%,5.1%,和9.1%,而相应的提高承载力变化从4.5%,5.3%,7.1%;剩余的75毫米的间距不变,当横向加筋条的直径从4毫米,6毫米,8毫米,相应增加的钢铁是3%,6.6%,和11.7%,而相应的提高承载力变化从6.7%,9.9%,11.5%;剩下的50毫米的间距不变,当横向加筋条的直径从4毫米,6毫米,8毫米,相应增加钢的4%,9.5%,和16.8%,而相应的提高承载力变化从8.4%,13.3%,和15%。

3.3.2。钢筋间距的变化的影响

剩余4毫米直径的棒不变,当交叉钢筋间距减少从100毫米到75毫米和75毫米50 mm,相应增加钢的2.3%和4%,分别。承载力的提高4.5%和8.4%,分别。剩余6毫米直径的棒不变,当交叉钢筋间距减少从100毫米到75毫米和75毫米50 mm,相应的增加钢的5.1%和9.5%,分别。承载力的提高5.3%和13.3%,分别。剩余的8毫米直径的酒吧是不变,当交叉钢筋间距减少从100毫米到75毫米和75毫米50 mm,相应的增加钢的9.1%和16.8%,分别。承载力的提高7.1%和15%,分别。钢筋直径不变的情况下,横向钢筋间距从100毫米减少到50毫米,横向钢筋混凝土柱的承载力约为4%高于钢管混凝土柱。

从图可以看出6的影响提高承载力的降低钢筋间距比的增加更明显的钢筋直径SCFST与内部横向加筋条列。在图5 (b)时,负载能力的变化更明显的间隔从75到50毫米。因此,在实际应用中,可以提高SCFST列的极限承载力,减少内部横向钢筋间距时首先使用相同数量的钢。

3.4。横向应变的比较分析

三个部分的横向应变对所有标本图所示7。

可以看到从图7由于横向加筋条的约束效应,横向应变小于SCFST列;与此同时,随着间距的减小加筋条,横向应变变得越来越小。横向应变的变化影响加筋条的直径是不明显,加筋条是局限于核心钢管混凝土,SCFST的约束效应和内部横向加筋条列是加强。横向应变的变化趋势的每个部分列上基本上是一样的。

3.5。比较在方形钢管混凝土失效形式

为了观察钢管壁的失败和混凝土,外层钢板测试后被切断了。发现失败的主要形式的广场附近的混凝土钢管壁的标本破碎(图8)。的标本没有横向加强筋,混凝土崩溃是认真的。混凝土压碎明显的外筒外层钢板;裂缝扩展的内部核心混凝土,表明标本损坏。但具体的崩溃在广场钢管横向加劲肋形式并不明显。只有一小部分混凝土碎片被发现在横向钢筋的位置跌落。删除后的混凝土表面,裂纹的大小面积变得越来越小,表明钢管和混凝土可靠地通过横向钢筋相结合。的抑制效果是明显的,其承载力有一定程度的改善。

4所示。简化计算方法

为了方便计算,很容易应用在实际工程中,公式的形式应该尽量简化。在本文提出的简化公式,混凝土的承载能力约束下的内部横向钢筋和方钢管作为基本计算部分,和横向钢筋的制约因素和SCFST考虑。大量的研究表明,SCFST核心区域的克制效应是一个重要因素来提高SCFST的承载力,约束效应系数介绍了。这个系数与钢的强度,钢管的横截面积,混凝土的强度,核心混凝土的横截面积,等等。的计算公式所示(4)。与基于钢管混凝土统一理论,钟(8提出了一个复合抗压强度设计公式: 在哪里

本文根据上述公式的计算模型,SCFST柱的轴向承载力与内部横向加筋钢筋计算如下:

基于(6),SCFST柱的承载力与内部横向加筋钢筋可以计算,如表所示6,测试结果的价值和承载力测试的测试值计算方法的两个回归:

回归系数, , , , 。

用公式(7),

应该指出的是,本文分析的参数范围如下。

宽度厚度比 ,钢的屈服强度 ,和混凝土的抗压强度 (混凝土强度等级C30)。通过 ,是近似系数范围 。

标本的承载力计算公式(8)和试样压承载力获得实验记录在表6。

从表6的平均值 是1.0,标准差 0.015,变异系数的 是0.015。测试结果与计算结果基本上是一致的,可用于工程实践。

5。结论

本文的轴向压缩产能变化规律SCFST列与内部横向加筋钢筋进行了研究。通过对比测试结果,钢柱承载力和数量之间的相关性进行了分析,也得出以下结论:(1)通过添加横向钢筋,钢管对混凝土墙的约束效果提高,和钢管的局部屈曲墙外是有效地推迟,钢管和核心混凝土之间的相互作用是加强(2)横向钢筋的存在增强了箍袖效果和增加SCFST柱的承载力与内部横向加筋钢筋4.5 ~ 15%。同时,每个截面的应变SCFST列的内部横向加筋钢筋减少和沿高度方向的分布更均匀(3)当钢的用量是一样的,新结构柱的承载力可以更有效地改善降低横向加强筋的间距比通过增加钢筋的直径(4)当钢筋的直径是一样的,SCFST柱的承载力与内部横向加筋钢筋增加显著的减少横向钢筋的间距;当横向钢筋的间距是一样的,SCFST柱的承载力与内部横向加筋钢筋直径的增加而增加(5)SCFST统一理论的基础上,简化公式计算压力SCFST柱的承载力提出了内部横向加筋钢筋

数据可用性

数据支持这项研究的结果是可用的。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

项目管理是由南李;方法是由李南和Yajun喜;测试是由他李和广西张;正式的分析是由道任辛豪μ;调查是由南李;写作(草稿准备)是由南李;写作(审查和编辑)是由李奶奶。所有作者已阅读及同意发布版本的手稿。

确认

这项工作是山东省技术项目支持的中国城市和农村住房建设部门(格兰特数字2016 ky028 2018 - k1 - 09年和2018 - r3 10)和科学研究和创新团队支持计划SDUST泰安校区、中国(批准号2019 td01)。