不封口钢管混凝土短柱的局部承压试验研究

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1、重庆大学硕士学位论文1绪论我国开发利用钢管混凝土技术已有40多年的历史。从1966年成功地将钢管混凝土柱用于北京地铁中的站台柱至今，钢管混凝土结构得以广泛应用，尤其是在拱桥和高层建筑方面u“。在拱桥方面的应用，一些比较典型的工程实例：旺苍东河大桥、南海三山西大桥、万县长江公路大桥、广州丫髻沙大桥、南海紫洞大桥等。在高层建筑方面的应用，一些比较典型的工程实例：深圳赛格广场大厦、广州好世界广场大厦、天津今晚报大厦、昆明邦克大厦等。国内外学者对钢管混凝土构件在不同荷载作用下的力学性能己进行了大量的试验研究和理论分析，并取得了丰硕的研究成果。世界上许多国家都颁布了自己的

2、设计规程，如日本的AIJ(1980，1997)、美国的ACl319-89、欧洲的CI／4(1996)、德国的DINl8800(1997)、中国的：JCJ01．89：99(1989)、CECS28：90(1992)、DL／T5085．1999(1999)、GJB(1999)、CECSl04：99(1999)。近些年来，在钢管混凝土采用高强混凝土技术、钢管混凝土耐火性能等方面的研究取得突破性的进展【m161，对钢管混凝土结构体系、钢管混凝土组合界面抗剪粘结性能，尤其对钢管混凝土节点的研究和应用也开展了较为深入的研究【17--20]。随着钢管混凝土技术越来越广泛的应用

3、，钢管混凝土结构的一些研究课题尤显突出，如不封口钢管混凝土柱的局部承压。lkl—转换大梁{一＼圆环垫板插鞋／＼、铜管混凝土图1．1柱头和转换粱节点Fig．1．1Thejointofchapitertoconversiongirder图1．2柱脚和转换粱节点Fig．1．2Thejointofcolumnbasetoconversiongirder1．3不封口钢管混凝土柱脚的局部承压问题1．3．1问题的提出钢管混凝土柱由于其自身的强度高导致在柱脚处局部受压问题较为突出。近年来，出于改善钢管混凝土浇注质量的考虑，钢管混凝土柱脚的设计多为不设置封闭垫板(即封头板)，而仅

4、设置不封口的圆环垫板构造，甚至在一些特定场合构2重庆大学硕士学位论文1绪论造圆环垫板也不设置。同样，在一些高层建筑中，部分楼层为钢管混凝土结构，部分为钢筋混凝土结构，在两种结构体系转换处钢筋混凝土转换大梁和钢管混凝土柱连接节点(如图1．1、1．2所示)也存在同样的节点构造情况。这种圆环垫板代替封头板的构造使钢管混凝土柱脚节点、连接节点本身复杂的局部受力问题变得尤其复杂，由于现行规范【2l】的局部受压公式是基于局部承受均匀压力的情况确立的，而未设置封闭垫板的不封口钢管混凝土柱受压支承面局部应力是很不均匀的【2”，完全可以推断即使设有圆环垫板的不封口钢管混凝土柱受压

5、支承面局部应力也是不均匀的。现行规范[211的计算方法能否适宜于不封口钢管混凝土局部承压问题，以及确立缓解不封口钢管混凝土柱局部承压不均匀应力的构造，均业已要求对不封口钢管混凝土柱的局部受压问题进行试验研究和理论分析。1．3．2局部承压研究的回顾局部受压是土建工程中常见的受力形式之一，如承重结构的支座，预应力结构的锚固区，装配式柱子接头，刚架或拱结构的铰支座，巨型结构梁与墙，等等均属于局部承压受力形式。对局部受压问题的研究几乎可以追溯到十八世纪末，在那个年代，许多国家实施规范中所推荐的局部承压立方根公式就是基于Bauschinger(包兴格)在1876年所做的有

6、限的砂岩立方体试验而建立的【231，进展到今天，学者们对局部承压已做了大量的实验，并提出了不少的计算方法和力学模型，为了能对不封口钢管混凝土柱脚的局部受压问题提出合理的试验方案及计算方法，有必要先对学者们所完成的工作进行回顾。Hawkins进行了约230个混凝土棱柱体和圆柱体、局压板为刚性的局压实验。其中之100个为中心受压，130个为偏心受压，主要研究混凝土强度、试件尺寸、承压板的尺寸及形状和承压板的位置对局部承压强度的影响。从试验中观察到试件破坏时在刚性板下形成了一个锥形楔体，对中心承压试件，锥角为350～400，对单轴偏心承压(承压板一面临空)倾角为170

7、～250【卅。随后又对中心承压的混凝土棱柱体(方形柔性承压垫块)进行试验，主要研究承压板的厚度、屈服强度、承压板的面积与总面积之比变化对极限承压强度的影响。试验表明：极限承压强度与混凝土强度的(f)“7成正比，并随承压板屈服强度的提高而提高。对于刚性承压板，极限承压板强度随承压板面积增加而快速增加，而对于柔性承压板，极限承压板强度的提高则可忽略不计。极限承压强度随承压板的厚度增加而增加，但厚度达到一定值后则不再增加，此时板已成为刚性承压板【25】。Niyogi在上个世纪七十年代对素混凝土及钢筋混凝土棱柱体试件局部受压问题进行了大量的试验研究，共完成了1422个素

8、混凝土试件及154个钢筋