周绪红20090919钢管约束混凝土.

周绪红教授兰州大学刘界鹏副研究员兰州大学（哈尔滨工业大学）张素梅教授哈尔滨工业大学张小冬教授哈尔滨工业大学甘丹博士生兰州大学李江硕士生兰州大学钢管约束混凝土结构的研究与工程应用2010年9月19日于大连一、钢管约束混凝土柱的特点二、圆钢管约束混凝土短柱的轴压力学性能三、圆钢管约束钢筋混凝土框架柱的滞回性能四、钢管约束混凝土柱典型工程应用主要内容1.传统钢管（型钢）混凝土柱的不足SRC柱截面型钢混凝土柱—钢梁节点型钢混凝土柱截面一、钢管约束混凝土柱的特点SRC柱—RC梁：纵筋贯通节点柱内型钢加劲肋排气孔梁纵筋柱纵筋与箍筋加劲肋型钢混凝土柱—钢筋混凝土梁柱内型钢梁纵筋箍筋贯穿孔短钢梁或牛腿加劲肋排气孔SRC柱—RC梁：纵筋焊接或搭接节点梁纵筋柱纵筋与箍筋加劲肋短钢梁或牛腿型钢混凝土柱—钢筋混凝土梁CFST柱—RC梁：穿筋式节点肋钢筋梁纵筋内侧环梁纵筋外侧环梁纵筋1-1剖面外侧环梁纵筋内侧环梁纵筋环梁箍筋环梁纵筋梁纵筋11补强钢筋或钢板钢管混凝土柱—钢筋混凝土梁CFST柱—RC梁：外加强环节点梁纵筋上环板竖板梁纵筋下环板梁纵筋环板钢管混凝土柱—钢筋混凝土梁达承载力前，对混凝土约束不足达承载力时，钢管易屈曲，延性较低钢管直接承载，防火保护费用高方钢管、高强砼、高轴压比时，更是如此达到对混凝土约束效应低，抗震性能差轴压比限值低框架短柱层间变形能力差1、节点构造复杂，施工困难，节点耗材成为困扰工程应用的主要问题2、力学性能可进一步改善结构材料发展趋势高强钢材高强砼传统组合结构优势不明显钢管混凝土：限制宽厚比，不能充分发挥高强钢材性能，用钢量大型钢混凝土：限制轴压比，不能充分发挥高强材料性能2.钢管约束混凝土柱钢管在节点断开,不直接承受荷载,只对核心砼起约束作用钢管约束钢筋混凝土柱钢管约束型钢混凝土柱钢筋砼梁钢梁特点连接方便约束效果好，抗震性能优越，轴压比限值高抗火性能好，无需防火保护钢管无屈曲问题充分利用高强混凝土和高强钢材的强度可不配钢筋笼，混凝土浇筑方便提高纵筋率，保证“强剪弱弯”加载装置钢管混凝土模式a模式c1、圆钢管约束素混凝土轴压短柱试验内容：承载力比较钢管分隔对承载力的影响试验参数：6组18个试件加载方式：单调与反复混凝土强度：C70、C75钢管径厚比：20、26、42钢管强度：Q345二、圆钢管约束混凝土短柱的轴压力学性能ccft-133-3-70c-140-3-70-ac-140-3-70-c均为剪切破坏N/kNε/με050010001500200025000100002000030000ccft-140-3-70c-140-3-70-ac-140-3-70-c钢管屈服骨架曲线对比0.00.20.40.60.81.01.201234ccft-140-3-70c-140-3-70-ac-140-3-70-cN/Nuε/εu归一化骨架曲线对比圆钢管约束混凝土延性与钢管混凝土无明显差别剪切破坏面组别试件编号D(mm)t(mm)L(mm)/DtueN(kN)scN(kN)uescNNccft-133-5-70189015621.210c-133-5-70-a218615691.393c-c-1c-133-5-70-c1335.039926.60.17251415701.600ccft-140-3-70185114221.302c-140-3-70-a204614501.411c-c-2c-140-3-70-c1393.342042.10.10233014291.634c-133-5-75-a-1234716131.455c-133-5-75-a-2236616281.453m-c-3c-133-5-75-a-31335.039926.60.17232416751.387c-133-6-75-a-1223418531.206c-133-6-75-a-2226718681.213m-c-4c-133-6-75-a-31336.139921.80.21227518601.223c-140-3-75-a-1212015081.406c-140-3-75-a-2214714901.441m-c-5c-140-3-75-a-31393.342042.10.10218514951.462c-160-5-75-a-1319822041.451c-160-5-75-a-2309522041.405m-c-6c-160-5-75-a-31595.148031.20.14303122071.374承载力对比短柱轴压承载力显著高于简单叠加承载力圆钢管约束混凝土柱轴压承载力高于钢管混凝土柱钢管分隔越多，承载力高试测承载力简单叠加承载力构件模式a构件模式b构件模式c构件模式d(无钢筋)2、圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱试验参数：5组20个试件混凝土强度：C50、C80钢管径厚比：50、70、100钢管强度：Q235，Q345试件应变片NN位移计加载装置简图c-210-3-50-a-235c-210-3-50-b-235c-210-3-50-c-235c-210-3-50-d-235c-150-3-80-a-235c-150-3-80-b-235c-150-3-80-c-235c-150-3-80-d-235C80混凝土试件的破坏模式：剪切破坏C50混凝土试件的破坏模式：混凝土压溃破坏00.20.40.60.811.201234c-150-3-80-a-235c-150-3-80-b-235c-150-3-80-c-235c-150-3-80-d-235归一化的荷载-变形曲线对比N/Nuε/εuN(kN)ε（με）01000200030000500010000150002000025000c-150-3-80-a-235yield钢管屈服N(kN)ε（με）01000200030000500010000150002000025000c-150-3-80-b-235yield钢管屈服N(kN)ε（με）01000200030000500010000150002000025000c-150-3-80-c-235yield钢管屈服N(kN)ε（με）01000200030000500010000150002000025000c-150-3-80-d-235yield钢管屈服构件模式对承载力、延性无明显影响εh/εvN(kN)010002000300000.511.522.5εh/εvyieldεh/εv屈服钢管屈服点对应于峰值荷载点环向应变与纵向应变之比破坏阶段主要是环向应变构件模式aSRC对比试件AAAAAABBB-BA-ADaBa构件模式b构件模式c3、圆钢管约束型钢混凝土轴压短柱试验参数：3组11个试件混凝土强度:C80钢管径厚比:70,100钢管强度:Q235,Q345cs-210-3-80-a-235cs-210-3-80-b-235cs-210-3-80-c-235CSRC-210-80C80高强混凝土试件的破坏模式为剪切破坏荷载-变形曲线对比归一化的荷载-变形曲线对比N/kNε/μεN/Nuε/εu01000200030004000500005000100001500020000cs-210-3-80-a-235cs-210-3-80-b-235cs-210-3-80-c-235csrc-210-80钢管屈服00.20.40.60.811.201234cs-210-3-80-a-235cs-210-3-80-b-235cs-210-3-80-c-235钢管屈服点对应于峰值荷载点构件模式对承载力、延性无明显影响钢管屈服强度对荷载-变形曲线的影响钢管径厚比对归一化的荷载-变形曲线的影响N/kNε/μεN/Nuε/εu01000200030004000500005000100001500020000cs-210-3-80-a-235cs-210-3-80-b-235cs-210-3-80-c-235cs-210-3-80-a-345cs-210-3-80-b-345cs-210-3-80-c-34500.20.40.60.811.201234cs-210-3-80-a-235cs-210-3-80-b-235cs-210-3-80-c-235cs-200-2-80-a-235cs-200-2-80-b-235cs-200-2-80-c-235钢管屈服强度提高，承载力提高，但延性变化不明显钢管径厚比对延性影响不显著组别试件编号DtD/tαafyfcuNueueNscaNuescaNNcs-210-3-80-a-23543801.54cs-210-3-80-b-23545901.61cs-210-3-80-c-2352103700.0572544460447728501.56A-CTSRC-1csrc-210-3-80210----C802860-27321.05cs-200-2-80-a-23536701.48cs-200-2-80-b-23537001.49cs-200-2-80-c-23520021000.0402633900375624881.57A-CTSRC-2csrc-200-2-80200----C803150-25051.26cs-210-3-80-a-34544001.45cs-210-3-80-b-34546001.52A-CTSRC-3cs-210-3-80-c-3452103700.057346C804790459730301.58圆钢管约束型钢混凝土柱的承载力高于型钢混凝土柱的承载力其承载力高于简单叠加承载力承载力对比试测承载力简单叠加承载力ucccbbaaNfAfAfA极限承载力约束混凝土承载力纵筋承载力型钢承载力约束混凝土抗压强度rrcccococo(1.2542.25417.942)ffffffcof非约束混凝土抗压强度混凝土的约束应力yr22tffDt010002000300040005000010002000300040005000本文AmirFamO'SheaPeterHongMeiPrion系列7Nue(kN)Nuc(kN)承载力公式与试验结果对比基本假定：钢管屈服点对应于极限承载力点极限承载力点处，钢管沿环向屈服4、圆钢管约束混凝土短柱的承载力计算压弯构件详图图3.2-1试件细部图φφφ纵筋：直径13.3mm，屈服强度506MPa箍筋：直径8.1mm，屈服强度，305MPa(a)钢筋混凝土对比试件(b)圆钢管约束钢筋混凝土柱纵筋：直径13.3mm，屈服强度506MPa箍筋：直径8.1mm，屈服强度305MPaφ8加强环三、圆钢管约束钢筋混凝土框架柱的滞回性能1、压弯构件滞回性能的试验研究图3.2-2试验加载及测量装置反力墙L形刚性大梁630kN伺服作动器四联杆分配梁反力架2000kN压力传感器2500kN液压千斤顶(a)加载装置PNLVDT延伸杆应变片(b)测量装置框架柱滞回试验的加载和测量装置框架柱滞回试验的加载和测量装置试验内容轴力、往复水平荷载作用下的性能与钢筋混凝土构件的抗震性能对比研究轴压比对抗震性能的影响研究砼强度对抗震性能的影响试验参数：5个试件混凝土强度：C60、C30钢管径厚比：86钢管强度：Q345试验轴压比：0.34-0.8剪跨比3.0时间ΔyPy2Δy3Δy0(b)水平荷载加载制度图3.2-3加载制度轴力时间300kN0(a)竖向荷载加载制度N滞回试验加载制度纵筋屈曲混凝土外凸试验后去除钢管2混凝土外凸试验后去除钢管4(a)CRC-60-8(b)CTRC-60-8(c)CTRC-60-6混凝土外凸试验后去除钢管混凝土水平裂缝试验后去除钢管1(d)CTRC-30-8(c)CTRC-60-3试件破坏形态：在端部D/2处破坏P(kN)Δ(mm)-300-200-1000100200300-80-60-40-20020406080CRC-60-8P(kN