・６２・ 第３７卷第２６期 ２ ０ １ １年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．２６ Ｓｅｐ． ２０１１ 文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）２６－００６２－０２ 钢骨一钢管混凝土柱的偏压承载力研究 彭立纯 摘要：介绍了钢骨一钢管混凝土柱是一种新型的结构组合柱，它是综合钢管混凝土和钢骨混凝土的优缺点而提出的一 种新模式的重载柱，对钢骨一钢管混凝土柱的偏压极限承载力进行了试验研究的同时，采用ＡＮＳＹＳ有限元软件对钢 骨一钢管混凝土柱的偏压承载力进行了模拟分析，结果证明了有限元分析的有效性。 关键词：钢骨一钢管混凝土柱，偏压极限承载力，有限元分析 中图分类号：ＴＵ３７５．３ 文献标识码：Ａ 钢骨一钢管混凝土柱是一种新型的结构组合柱，它是综合钢 １／１０，当钢管开始屈服后，每级荷载约为预计极限荷载的１／２０，每 管混凝土和钢骨混凝土的优缺点而提出的一种新模式的重载柱， 级荷载的持荷时间为２ ｒａｉｎ，接近破坏时则采用慢速连续加载，当 其截面如图１所示。在以往钢骨一钢管混凝土柱承载力的研究 试件变形很大，荷载迅速下降时终止试验。 中” ，对偏压承载力的研究较少。鉴于此，本文将就钢骨一钢管 ２有限元建模分析 混凝土柱的偏压承载力进行试验研究，同时用ＡＮＳＹＳ对其承载 采用ＡＮＳＹＳ有限元分析程序，Ｓｏｌｉｄ６５单元模拟核心混凝土， 力进行有限元分析。 Ｓｏｌｉｄ４５单元模拟钢骨，Ｓｈｅｌｌ６３单元模拟钢管壁。建模时钢管壁与 核心混凝土之间、核心混凝土和型钢之间采用完全粘结的形式进 行简化模拟。为了准确模拟偏心加载，在模型组合柱的两端加钢 板以传递偏心力，该钢板也采用Ｓｏｌｉｄ４５单元模拟，但是将其弹性 模量设置为一个较大的数值，用力模拟板的刚性。底部刚性板的 所有节点施加Ｕｘ，Ｕ ， 方向约束，用于模拟铰接，顶部刚性板节 点上施加 ，Ｕ 方向约束，同时施加ｚ方向的荷载。 本文在分析过程中，混凝土的本构关系采用文献［２］提出的 图１钢骨—钢管混凝土柱截面形式 １ 试验介绍 试验构件参数如表１所示。 表１试件设计方案表 编号 ＳＥ１ ＳＥ２ ＳＥ３ ＳＥ４ 核心混凝土本构关系，钢管和钢骨的本构关系采用简化的理想弹 塑性应力一应变曲线，其屈服强度值采用试验值。本文采用大位 移静态分析，设置最大子步数为２００，并打开自动步长选项（ＡＵ・ ＴＯＴＳ，１），以便根据需要由系统自动调整子步数，以获得精度和代 试件长度 ￡ｏ／ｍｍ Ａ 钢管直 钢管壁 工字钢 混凝土 偏心距 ￣．／ｍｍ 厚／ｍｍ 类型 等级强度 ２１９ ２ｌ９ ２ｌ９ ２１９ ４ ４ ４ ４ ２ Ｉ １２ ２ Ｉ ｌ２ ２ Ｉ ｌ２ ２ Ｉ １０ Ｃ５０ Ｃ５０ Ｃ５０ Ｃ５０ ４５ ６０ ７５ ４５ 价之间的良好平衡。当不能确信模型能否成功收敛时，打开自动 时间步长选项可以激活ＡＮＳＹＳ的二分法。本文采用力收敛准 ２ｌ９×４．０×８７６ １６ ２１９×４．０×８７６ １６ ２１９×４．０ ｘ８７６ １６ ２１９×４．０×８７６ ｌ６ 则，收敛容差设为０．０１。部分计算结果如图３～图６所示。 ＮＯＤＡＬ ＳＯＬＵ１１０Ｎ ＳＴＥＰ＝１ ＳＵＢ－￣－５ ⅡＭＥ＝．９９７ ４３３ 注： 为试件的计算长度；Ａ为长细比，Ａ＝４Ｌｏ／Ｄ以和厶分别为钢管和钢骨材料 的屈服强度；Ａ 为钢骨的截面面积 ＳＥ Ｖ （ＡｖＧ） 试验在５ ０００ ｋＮ长柱压力试验机上进行。钢骨及钢管应变 片的总体布置情况如图２所示。 ＤＭＸ＝１．３１７ ＳＭＮ＝２．４１９ ＳＭＸ＝５２６．９２３ ２．４１９ １ １８．９７６ ２３５．５３２ ３５２．０８８ ４６８．６４５ ６０．６９７ １７７．２５４ ２９３．８１ ４１０．３６７ ５２６．９２３ 图３钢骨ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力云图 电 ａ）钢骨１／２高度 处应变片布置 ＮＯＤＡＬ ＳＯＬＵＴＩＯＮ Ｓ ＩＥｐ＿－１ ＳＵＢ＝４５ ．Ｉ１ＭＥ＝．９９７ ４３３ ｂ）钢管１／２高度 处应变片布置 ｃ）钢管１／４高度 处应变片布置 ＳＥＱＶ （ＡＶＧ） 图２应变片布置图 试验时在试件上、下端部各固定了一个２０ ｍｍ厚夹具以增强 ＤＭＸ＝１．１５９ ＳＭＮ＝１２．４７２ ＳＭＸ＝３０８．５２１ 试件端部的承压能力。在试件的上部和下部及对称的左右边分 别布置四个百分表用来测量试件的轴向变形。偏压短柱试件的 １２．４７２ ７８．２６ １４４．０４９ ２ｏ９．８３８ ２７５．６２６ ４５．３６６ １１１．１５５ １７６．９４３ ２４２．７３２ ３０８．５２１ 侧向挠度也是采用在试件１／２及１／４高度处布置的百分表来测 布置的五个百分表来测量。 图４钢管Ｖｏｎ Ｍｉｓｅｓ应力云图 量；偏压长柱的侧向挠度是通过在试件１／２，１／３，１／６高度处对称 ３承载力结果分析比较 将钢骨一钢管混凝土柱的偏压试验承载力结果及ＡＮＳＹＳ分 试验采用分级加载制，弹性范围每级荷载为预计极限荷载的 析得到的承载力结果列于表２中。 收稿日期：２０１１—０５－０４ 作者简介：彭立纯（１９８３一），女，助理工程师，国家粮食储备局武汉科学研究设计院，湖北武汉４３００７９ 第３７卷第２６期 ２ ０ １ １年９月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖｏ１．３７ ＮＯ．２６ Ｓｅｐ． ２０１１ ・６３・ 文章编号：１００９—６８２５（２０１ １）２６—００６３—０２ 混凝土结构加固技术现状与展望 王小静摘乔雪垠聂斌 要：从混凝土结构加固的重要性、加固的目的、结构加固的方法等方面对我国现有的混凝土结构加固现状进行了分 析，并对结构加固技术今后的研究和发展方向作出了展望，以期指导实践。 关键词：混凝土结构，加固技术，现状 中图分类号：ＴＵ３７５ 文献标识码：Ｂ 混凝土结构一般在使用３０年一５０年以后会产生明显的劣化 改造任务已大量的提到日程上来。大量的桥梁工程由于交通量 或损伤，对已有建筑物的鉴定、改造加固已经成为国家的建设重 和荷载的增加、修建时间较长或原设计标准较低，已经出现严重的 点之一，由此也产生并推动了加固技术的不断发展。 损坏，急需加固改造处理。１９７２年铁道部对全国３Ｏ年代一７０年代 修建的９４座隧洞进行调查，结果有９３．２％的隧道混凝土衬砌开 １ 大力发展结构加固技术的重要性 裂缝长度占隧道总长度的１９．２％。据统计，我国现有建筑面 我国是个多自然灾害的国家，且在二十世纪五六十年代修建 裂，ｌｌ２，其中约２３亿 需分期分批进行鉴定加固，近ｌ０亿ｍ 的大批工业厂房、公用建筑和民用建筑，已经进入中老年期，加固 积５０亿ｌＮ０ＤＡＬ Ｓ０ＬＵ ｎＯＮ ｓ１ Ｐ＝１ ＳＵＢ＝４５ ．Ｉ１ＭＥ＝．９９７ ４３３ 表２极限承载力试验结果与有限元计算结果比较 试件编号 试验结果／ｋＮ ＳＥｌ ２ ２３２．０ ＳＥ２ ｌ ８４０ ＳＥ３ １ ５５８ ＳＥ４ ２ Ｏ３１ ＳＥＱＶ （ＡＶＧ） ＤＭＸ＝１．３１７ ＳＭＮ＝．３２６ ２３４ ＳＭＸ＝５７．６９８ 有限元结Ｊｇ．／ｋＮ 相对误差／％ ２ １９４．４ １．７１ １ ７８８．０ ２．８３ １ ４８８．６ ４．４５ ｌ ９７６．８ ２．６７ ４结语 １）本文对钢骨一钢管混凝土柱的偏压承载力进行了试验研 究。２）采用ＡＮＳＹＳ有限元软件，选择合适的材料本构关系和荷 载求解方法，对钢骨一钢管混凝土柱的偏压承载力进行了模拟分 析，结果表明本文有限元分析结果与试验数据吻合较好，证明了 Ｚ ３２６ ２３４ １３．Ｏ７６ ２５．８２５ ３８．５７４ ５１．３２４ ６．７０１ １９．４５ ３２．２ ４４．９４９ ５７．６９８ 图５混凝土ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力云图 Ｎ０ＤＡＬ Ｓ０ＬＵＴＩＯＮ 姗Ｐ＝Ｉ ＳＵＢ＝４５ ⅡＭＥ＝．９９７ ４３３ 有限元分析的有效性。 参考文献： ＳＥＱＶ （ＡＶＧ） ＤＭＸ＝１．３１７ ＳＭＮ＝．３２６ ２３４ ＳＭＸ＝５２６．９２３ ［１］ 王清湘，赵大洲，关 萍．钢骨一钢管高强混凝土轴心组合 柱力学性能的试验研究［Ｊ］．建筑结构学报，２００３，２４（６）： ４４－５０． ３２ ２３４５８．８３７ ５８．８３７１ ３４ １７５．８５ ８ ． ３６ ２９２．８８ ． ３９ ４０９．９０．１４６ ５２６． ９２３ ［【２ｚ ］Ｊ 赵大洲． 趟天 ．钢骨一钢管高强混凝土组合柱力学性能研究［删 —一训 ’Ｔ句谊挑靛上组管杠刀ｒ手Ｉｆ王能竹丸ＬＤ］ｕ Ｊ． 大连：大连理工大学博士学位论文，２００３：１－１０４． 关系模型研究［Ｊ］．中国公路学报，２００４，１７（１）：２４－２８． 巍．配筋钢管混凝土短柱轴心承载力试验研究［Ｊ］．山 西建筑，２０１０，３６（５）：７９—８Ｏ． 图６组合柱ＶｏｎＭｉｓｅｓ应力云图 差均控制在５％以内。说明采用本文方法建立的ＡＮＳＹＳ模型能 于试验研究，采用有限元模拟分析能够很好地节约人力和物力。 由表２可以看出，有限元分析结果与试验结果吻合较好，误 ［３］ 陈宝春，王来永，韩林海．钢管混凝土偏心受压应力一应变 够很好地进行钢骨一钢管混凝土偏压柱的极限承载力分析，相对 ［４］ 缪Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｌｏａｄｉｎｇ ０ｆ ｓｔｅｅｌ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎｓ ＰＥＮＧ Ｌｉ．ｃｈｕｎ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎ ｉｓ ｔｈｅ ｎｅｗ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｃｏｌｕｍｎ，ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｉｔ ｃｏｍｂｉｎｅｓ ｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｔｈｅ ｎｅｗ ｈｅａｖｙ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｏｌｕｍｎ，ｕｎｄｅ￣ａｋｅｓ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｌｉｍｉｔｅｄ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎｓ，ａｎｄ ａｄｏｐ￣ＡＮ— ＳＹＳ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｔｏ ｈａｖｅ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎｓ，ａｎｄ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｔｅｅｌ ｓｋｅｌｅｔｏｎ ａｎｄ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｃｏｌｕｍｎｓ，ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｌｉｍｉｔｅｄ ｌｏａｄｉｎｇ，ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ 收稿日期：２０１ １—０５—１８ 作者简介：王小静（１９８２．），女，助理讲师，河南建筑职业技术学院，河南郑州４５０００７ 乔雪垠（１９８１一），女，助理讲师，河南建筑职业技术学院，河南郑州４５０００７ 聂斌（１９８１一），男，工程师，河南五建集团工程公司，河南郑，ｋｌ１ ４５０００７
