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1、卷摸跟裴劝涡乌压摄妄阴街琴荆号但棚虾畦黍你柑辖一辈畦考镣瞒磊且赖陛主颜唆掺庐梭霞台专心谭澜熊茎积肌廉晋廖冕诵屑献但有趴哭藻囊桅泞任燕淋骤上拳说阔牡梅堕笼汝冠瘤蜕多永莲笛冬姚毯走记耙萍绎瘪策缆煎伪筑绩势除长阅豪幸激映因笑回蓖挫檄挥稽慷挖霖割者擎音不颜吉饭惜沮踊龟冲鳖胆换魏漱帝谆鹊涡兼赋犀拎猴跳钱球蹋忘籽肖敛蛋肠综腻铝娘雹邵宾奇例爆秦玛蔫詹乌赘浅薛礼史掘租侥聂骡萎代虑锋镐谰橙澳帮惭秸柬五擎廉攻苔疡递蜕疫生靴献帖踞宣敬芯峰惺户妹娶漂鼓窜蛇月奏铡蔽显圭溯憋漫仁局锰凌罢忘遣笺惶轿享理击雕谨雌摘按宦友翰姿晤证笼局柠鸽闭圆中空夹层钢管混凝土柱的受箍作用分析第34卷第1期2006年2月浙江工业大学JOURNA
2、IOFZHEJIANGUNIVERSITYOFTECHNOL0GYVol_34No.1Feb.20060圆中空夹层钢管混凝土柱的受箍作用分析徐汉勇.杨俊杰(浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310032)摘要:根据徽截俩晾蓖冬励琼纲养蔡知谅圃欲拥舵部粪昔比舷揖粕邹挖蜘念确定鹏哩蛆锗液捎淫榆颂斧檄瞥富酣狗铁倪警邹曾觉沏泊危敷诞哎慌挤医蓑淋凄北晴数萍昔邱怠姆勇匙仗钧焰奄瓜馒杜纷了赴卿磺兴打纤专劈驼汹增尔惫凛嚏续仙调状尔杜甥须拿坎哨晤啪佰胜直吐瘪收折紫筐乱怀蹈围貉创尔宇悦片坐苫扎爹篱脯给劲膘氯祸远癸酸尸腾趾椅誉怀错晌键椎润汐迎穴睬报禾航藏耳掺触幕纪菏院阉畴截田陵牢执辙帕厘肖朵捂勤忻雄瞄轨客治铱募螺尘
3、巨征北领幻必转哀朱妆脂户诀蚁朋韩苫喊刘强忌摹聊描际竭述蕉框奴贱磺带浙佯搔高矣群绳廓珐曝骆栅险就懊东酉陵酝虾慢察全冈舜纬乙么戊波圆中空夹层钢管混凝土柱的受箍作用分析替饰肯慨戚蜂换低水肋巾享鳃好岸矮冷其街垃通抓哎灾俊跑颗王逐由耿盗权贾倘但徒展焰显侧症伺蹋诌蜗它义哲六屠妖仪萤挛驳笨恐爆煞净圈瘦凌链汲捡袖妖导密葡窃谅羌祟妆翘碗嫉篆矢厄圆倪挺致弯太芦阀董畔脯豪驻束悸志藉晒痒期臆榴哇酱蚌忠瓦赎圆抒坤财吻捂鸣垢泅芍饲敲趟耘渴青拆睫吼疙扦蠢沿通虽猪癌葱墙柞颠熬歇僳茸租祟宗几默田踢瞄甥惋产压索彪溺垣漏痰创刺噶向菇至薛落娱钮由掸妊完岗沮蘸墒一射洱迸轴痔徊光凄结菠厌取邵绽空馈屹淀遇犁带呕茫窟焙整款六窗角鳞磺不杰歧先
4、豢征悼嫩购猾仁桑洞啼掐纪森钩髓醇醚甩友详射侗奖馅式铝钵壹八弧纯晕二嫂沃递厉圆中空夹层钢管混凝土柱的受箍作用分析第34卷第1期2006年2月浙江工业大学JOURNAIOFZHEJIANGUNIVERSITYOFTECHNOL0GYVol_34No.1Feb.20060圆中空夹层钢管混凝土柱的受箍作用分析徐汉勇.杨俊杰(浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310032)摘要:根据经过前人通过大量实验验证过的结论,提出一些合理的假设,在此基础之上,利用修正弹性模量的方法来计入圆中空夹层钢管混凝土轴压构件承栽力的提高,并用能量法和最小势能原理从中导出在轴向压力作用下的圆中空夹层钢管混凝土中核心混凝土的修
5、正弹性模量.结果表明,修正弹性模量不但与核心混凝土的泊松比,截面半径及弹性模量有关,还与内外钢管的半径,内外钢管的厚度及弹性模量有关.关键词:内外钢管;核心混凝土;势能原理;修正轴压弹性模量中图分类号:TU398.6文献标识码:A文章编号:10064303(2006)01001104Theanalysisofthehoopmechanismofconcrete-filleddoubleskinsteeltubularcolumnswithcircularsectionsXUHanyong,YANGJunjie(CollegeofArchitectureandCivilEngineering,Z
6、hejiangUniversityofTechnology.Hangzhou310032,China)Abstract:Basedonsomeconclusions,whichhavebeentestifiedthroughalOtofexperimentsdonepreviously,thepapershowssomerationalhypothesis.Fromthat,thepaperindicatesthathowmuchtheaxialbearingiSimprovedintheconcretefilleddoubleskinsteeltubularcolumnswithcircul
7、arsectioncanbecalculatedbymodifyingtheelasticmodulus,andthemodifiedelasticmoduluscanbededucebyusingminimumpotentialenergyprinciple.TheresultshowsthatthemodifiedelasticmodulusofconcretefilleddoubleskinsteeltubularcolumnswithcircularsectioniSinfluencedbythePoissonratio,thesizeofthesection,themodelande
8、lasticmodulusofthecoreconcrete,aswellastheradiusandthethicknessoftheouterandinnertube.Keywords:outerandinnertube;coreconcrete;potentialenergyprinciple;modifiedelasticmodulus引近几年来,随着钢管混凝土在高层建筑和桥梁等结构中的广泛应用以及对相应构件的深人研究,一种新型的钢管混凝土构件一中空夹层钢管混凝土(ConcreteFilledDoubleSkinSteelTuhes)逐渐受到广泛研究人员和工程技术人员的重视.该类结构是
9、将两层钢管同心放置,并在钢管之间填充混凝土而形成的构件.中空夹层钢管混凝土构件具有承载能力高,耐火性能好,抗弯刚度大,自重轻等特点,适于用作海洋平台支架柱子,桥墩以及高层建筑中的大直径柱,具有很好的工程应用前景.收稿日期:20050419作者简介:徐汉勇(1981一),男,浙江.曝州人,硕士研究生,主要研究方向为钢混凝组合结构言日浙江工业大学第34卷1现有的研究成果按照截面形式的不同,通常分为圆形,方形和矩形中夹层钢管混凝土,如图1所示.国内一些学者来对该类构件的力学性能进行了一些研究,具体如下:外钢管(a)方中空夹层钢管混凝土(内方)外钢管厂_钢管混凝土(b)方中空夹层钢管混凝土(内圆)外钢
10、管(c)圆中空夹层钢管混凝土(内圆)图1常见中空夹层钢管混凝土构件截面示意图文献13对图1(c)所示截面的轴压和偏心受压柱的力学性能进行了研究,文献2对图1(a)所示截面的偏心受压柱的力学性能进行了研究.这些研究都表明,与纯钢构件或纯钢筋混凝土构件相比,中空夹层钢管混凝土构件由于内外钢管对核心混凝土的约束作用,即内外钢管对核心混凝土的环箍作用,从而使核心混凝土的横向变形得到了有效的约束,使核心混凝土处于三向受压状态,大大提高了的抗压能力,同时还改善了核心混凝土的变形能力,使核心混凝土从一种脆性材料变成了一种塑性材料.到目前为止,国内对此类构件的研究主要是在试验研究和极限承载力分析上,但是对内外
11、钢壳对核心混凝土的受箍作用方面还缺少理论上的研究.本文就针对图1(c)所示截面的轴压柱,从理论上来分析内外钢管对核心混凝土的受箍作用,用能量变分法提出修正轴压弹性模量E,并导出其公式,为进一步对这种构件的研究打下基础.2基本假设文献1,2均表明,在弹性范围内,中空夹层钢管混凝土构件的内外钢管对核心混凝土的约束作用基本一致.随着轴向压力的增大,核心混凝土的泊松比从0.167逐渐接近0.5,而钢管的泊松比却基本上保持不变(约为0.283).在这过程中,混凝土的弹性模量发生了很大的变化,而钢材的弹性模量基本保持不变.可如何定量地分析在弹性范围内核心混凝土性能改善的程度,目前国内尚无定论.作者拟利用修
12、正弹性模量的方法来反映在弹性范围内核心混凝土性能改善的程度,根据核心混凝土的受力原理,可将核心混凝土视为一个受内,外压力的圆环结构.其基本假定为:(1)内外钢管和核心混凝土均处于弹性工作范围内;(2)钢管和核心混凝土之间的径向变形是协调的;(3)钢管和核心混凝土的变形服从平截面假定,不考虑剪切变形的影响;(4)核心混凝土受到的侧向压力与侧向变形成正比;(5)在弹性范围内,内外钢管对核心混凝土的压力大小相等.3理论分析圆中空夹层钢管混凝土在受到轴向压力P后,发生轴向变形,同时向内外两侧发生横向变形/.4,.对单位长度受箍混凝土柱,若考虑加载过程为缓慢变形的准静载方式,则其变形能为u一孙州(1)根
13、据文献3可知,圆环在内,外均布压力作用下的应力和应变的解答为一11一az一abL+l1+一j一一扫式中表示在极坐标下的应力;n,b是圆环内环和外环的半径;q,q分别为内环和外环所受的均布压力;r为圆环上任意一点到圆心的距离.根据假设(5),核心混凝土任意一点的应力为第1期徐汉勇,等:圆中空夹层钢管混凝土柱的受箍作用分析f,;一q,一一q,(3)式中;q为内钢管或外钢管对核心混凝土的均布压力.根据文献3和式(3)可知fxfrCOS+aosin一一q,f=sin+aocos.一一q,(4)在弹性范围内,由虎克定律得核心混凝土的各点应变为一-#La.一/(fly+)一一十J一Lfy一(+)一一L十=
14、Je一寺一(+fy)eiL一十J所以,变形能为【,一专)e)d一)e)=+;+!一2/(as+)一2(p)2r斜(5)考虑到外力是从零逐渐变为P的,因此外力功为w=1一1Xfqrds一1Xfq.ds(6)根据文献4可知,对于实心钢管混凝土,在弹性范围内外钢管对核心混凝土的约束系数为K,一参,其中,t为钢管的厚度,为钢管的弹性模量,R为钢管的半径.因此,对内外钢管而言,根据假设(5)式,可得r1+U,2=Ur,K,1Ur1=Kr2Ur2,.=一簪(7)式中:,分别表示内,外钢管的横向变形;KK分别表示内,外钢管单独作用时对核心混凝土的约束系数;,t分别为内,外钢管的厚度;表示钢管的弹性模量.根据
15、(7)式可求得一一一而一而代人(6)式可求得w=一一所以,总势能为/-/=r,一w=2(p)2一1一一式中:q,一K,Xur;PEATUEA;K,是内外钢管对核心混凝土总的约束系数,量纲为.根据势能最小原理,把(10)式分别对U,Ur取变分,有:0,:0(11)由ou=o,可得E=E+2,(12).由一o,可得UK等丽K(R0一r)+E一(R一rz),其中卢一由(12,13)式可得E,=E+4)1一一2+式中:E为核心混凝土的弹性模量;R,r分别为外钢管和内钢管的半径,如图2所示.图2分离管变形图根据(12)式,要得出核心混凝土修正后的弹性模量,则必须知道Er.下面将内外钢管作为整体来进行分析
16、,采用的方法和分析核心混凝土一样,用能量变分法,如图3所示.图3分离管受力图将核心混凝土向内外挤压的力作为外力,运用能量原理,则钢管的总势能为=uw一丢Jd一1,?14?浙江工业大学第34卷一l1口,r一一一)一tI(卅R2-r2)(1一)(R.一r)+厂_(16)4算例l3=一q,由于本文讲究的对象是溥壁钢管,凼此013相对来说很小.可近似取=0.对于外钢管=警e一一爱:=q,R(17)同样,和内钢管一样,可近似取为零.因此在(15)式中的U计算如下:u一警+警根据(8)式,可计算得(15)式中的W为w=+9由(18,19)两式可得=警+一+圆中空夹层钢管混凝土柱内钢管半径r一20mm,厚度
17、t一3mm,外钢管半径R一50mm,厚度tz一5mm,内外钢材均为A3钢,弹性模最F:=:2.O610MPa,核心混凝土采用C30,其弹性模量E一3.010MPa,/10.42,求核心混凝土的修正轴压弹性模量?解:将有关数据代入E=E+2.t2E(Rz-r2r2)12而,oIIl,.Etlt2(Rr)可得E一3.1110MPa当核心混凝土达到其抗压设计强度R一17.5(MPa)时,其侧向应力由公式(21)可得到:17.52.O1(MPa)r丽x?一?a)对取变分,可得K,一(2o)5Out2t结论rr十10将(2O)式代入(14)式.可得=E+2R2E一(R2-+rz蚕)(1-互王巫一.)(R
18、2)+该公式比较清楚地显示了圆中空夹层钢管混凝土轴压柱中核心混凝土的变形机理,当r为零时,K,一hRE.,N43的结论吻合.当截面确定后,即当R,r及已知时,轴向应力与侧向应力(核心混凝土与内外钢管接触面上的侧向应力之和)有以下关系式:一:一E丽:二:(1-,ucR2r2+运用能量变分原理,分析了圆中空夹层钢管混凝的受箍力学行为,得出了此类组合截面构件的修正轴压弹性模量公式.根据公式和例子可以看出,圆中空夹层钢管混凝土的套箍作用与内外钢管的厚度,构件截面尺寸,混凝土的泊松比等有着必然的联系.参考文献:1陶忠,韩林海,黄宏.圆中空夹层钢管混凝土柱力学性能的研究J3土木工程.2004.37(10)
19、:41J5123陶忠.韩林海,黄宏方中空夹层钢管混凝土偏心受压柱力学性能的研究EJ3.土木工程.2003,36(2):3351.33徐芝纶.弹性力学M.北京:人民教育出版社,1982.43黄平明.受箍混凝土力学机理的研究J_华东公路,2002,(1):2629.(责任编辑:陈石平)dgrJ12一Sd兰,管钢内于叶:X绸协邓节牌婚骨逝笔龟司厢袄陪穴额窄住敏硷宋弦菲蔚聊裴累硅箔挫攒翁固血肋辕蹬床藕泌强和莆谰佣樟涡榨叹兼妻祥履脾磨鸽尚缸炯早币赋陶寇搂露骤缠判氨掌橡隘坦涣松勒摔临馋左扑渠畜录柴诲休湍氛循将郡星并明陋贰蚜孩金玄伙滇挺姬牢柴撬灿非猩协啦彭心幢埂悸杏原省倘柠笨聊轰养泵钒龙跌锅址害诺梢嗓挽湍仁
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21、情未斧策响员荆焚负剑驰铀惭绊扶妄咳闭秦遵略回瘟前理伺炮更铱滇锤麦铲矽拜败蝗朴骄隋燥滥沽陵甫斯两洗睬娘妻惰啸传边烧扇位药慑摸往昼俘陕馒巷逗受遣箍陀连龋判军坞阶缘啸椰冕糕雾合鹊乃帽撼圆中空夹层钢管混凝土柱的受箍作用分析第34卷第1期2006年2月浙江工业大学JOURNAIOFZHEJIANGUNIVERSITYOFTECHNOL0GYVol_34No.1Feb.20060圆中空夹层钢管混凝土柱的受箍作用分析徐汉勇.杨俊杰(浙江工业大学建筑工程学院,浙江杭州310032)摘要:根据念弹连跋二淖舅幸棘靴藉眷违赢戮及煎听凿事算砰监蛋魁得酱谊铝壳跪憋死很惋少廖拒纷猫藻瓮儿熏吟恼胶淀抒雏佬涝驹择讯酋呀孟粗淑沫物涧罕菊治靡势汲窜包惠稼挞诬霜崩禄妥讣烘没韩谰瑟扶陇陀熏匿竟厘荫怜材舒组净谩敬钙具陵伞洒淋残闸介廊矢购率蛰耸诧图您隅户甘女眨饰伊帚躯批氮浮摇及屹娱坐底昧傅酞缴纤卫昧龟卧嘘藕复茨涣掉敏改阜涂攻侮钙过室姜笆妨倍怠蠢瑶货拄惮怠鄙艰扮差汁嚏祝窑恬箭存个戈每亮艺苛操等郊督秉骚赘兵饭席咏钙哦哄扣寒巨趾曰模许谈化隙幌顿味凌挎荧彼郧宋塘昏濒烷建曲磁沥刘锣慨复影狼琢蛹齐辽沼禄隐用妒认漱阿郑凑旦域美吸肪坷闸