高温作用后圆钢管混凝土轴压力学性能研究

　　现代钢结构高温作用后圆钢管混凝土轴压力学性能研究杨华韩林海（哈尔滨工业大学哈尔滨15⑴90）（福州大学福州3502）压力学性能和强度承载力的变化规律。结果表明，高温作用后圆钢管混凝土轴心受压构件仍然具有较好的抗变形性能和较高的后期承载力；钢管混凝土剩余强度和弹性模量总体上随温度的升高而降低。利用数值分析方法计算了圆钢管混凝土轴压荷载一变形关系曲线，理论计算结果和试验结果吻合较好，在此基础上提出了恒高温作用后钢管混凝土轴压承载力和轴压模量简化计算公式。

　　常温时，钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好、抗震性能以及经济效果好等优点。由于组成钢管混凝土的钢管和其核心混凝土之间相互贡献、协同互补、共同工作的优势，使其耐火性能优于钢结构11.火灾后，随着外界温度的降低，钢管混凝土己屈服截面处钢管的强度得到了不同程度的恢复，截面的力学性能和结构的整体性比高温时有所改善。

　　这不仅为结构的加固补强提供了一个较安全的工作环境，也可减少补强工作量，降低维修费用。由此可见，火灾后钢管混凝土性能有其特点，应当合理地评估其强度及其力学性能，为该类结构的维修加固提供科学的依据。

　　性段时的关系式见8.力强度一应变强度关系，表达式见式（2）。

　　强化段取Es（T）=0 01Es（T）7.，ey（T）=fy（T）Es（T）钢材的应力强度和应变强度e，在弹性段和弹塑12混凝土高温作用后核心混凝土应力c一应变e关系暂按常温国家自然科学基金（958007）作者：杨华女1976年7月出生博士研究生下的形式选取，只是在其中考虑了温度作用的影响。表达式计算结果表明，N（a）―e曲线形状随约束效应系数和一变形全过程曲线。

　　滑移线的荷载约为极限荷载的6070；当温度高于见式（3）。

　　式（3）中，参数A、B、q和P的确定方法参见。

　　A.为钢管混凝土截面含钢率；/4为常温下混凝土抗压强度67/u）；/s为钢管横截面面积；/.为混凝土横截面面积。系数W、，x=e/e./.和、分别为混凝土峰值点应变及其对应的应力。

　　考虑高温作用后的影响时，只是对e.和a.进行了修正，将e.和a.分别按照考虑温度影响的e（T）和a（T）代入式（3）中。e（T）和a.（T）时了对混凝土高温作用后力学性能的研究成果，6.（乃和a.（T）的计算公式分别如式（4）和式（5）所示：这样，就可很方便地计算出高温作用后钢管混凝土的核心混凝土随温度变化的a― e关系曲线。所示为采用Q235钢、C30混凝土和=1.2时核心混凝土不同温度作用后的a―e关系曲线。2轴压荷载一变形关系曲线全过程分析采用数值分析方法，计算了不同恒高温作用后圆钢管混凝土轴压荷载一变形全过程曲线。计算时采用了如下基本假设：钢材应力一应变关系模型由式（2）确定；核心混凝土应力一应变关系模型按式（3）确定；钢管和核心混凝土之间无相对滑移；在受力过程中，钢管混凝土截面保持为平截面。

　　恒高温作用后钢管混凝土在不同轴心压力N的作用下，应符合以下两个条件：Ns、N.钢管和核心混凝土所承受的轴心力；esl、ecl钢材和混凝土的纵向应变；Asi.、A.钢材和混凝土的径向应变。

　　下标sc分别代表钢管和核心混凝土；下标l代表纵向；下标r代表径向。

　　求解时，先给定一个纵向应变增量dep求得本步应变值ei.+1=ei.+deei.为前一步应变值），由钢管和混凝土的应力一应变关系求对应的纵向应力asH+1和acc+1，根据钢管和混凝土的应力计算内力Ns和N.，求得N值，由此得到N和e的一组值。依次类推，可得出圆钢管混凝土轴压荷载温度T的不同而有明显的区别，取ae关系曲线上应变为3X10（中虚线对应的位置）对应的名义应力为钢管混凝土轴压强度名义承载力指标/scy（T）考虑的根据如下：（1）a―e关系曲线在3X10左右基本都处于弹塑性阶段；（2）钢材基本上达到了屈服极限，核心混凝土基本上达到或接近单轴抗压强度；3）在此之前，应力增加很快，应变增加相对缓慢；在此之后，应力增加缓慢，而应变增加相对较快，甚至出现下降段。

　　41轴压强度承载力钢管混凝土典型的a―e关系曲线通过对数值计算结果的回归分析发现，对应纵向应变为3X10时的轴压强度承载力指标/scy（T）可按（8）式计算：其中，参数B=0.175 9.上述各参数中，/y和/ck以MPa计。

　　这样，钢管混凝土在恒高温后的轴压强度承载力Nu（T）承载力可表示为：4.2轴压弹性模量通过对数值计算结果的比较，可得到恒高温作用后弹性模量Ese（T）的表达式如下：其中，t为温度对钢管混凝土轴压弹性模量的影响系数，可按（13）式确定：上两，/y和/k以MPa计。

　　为Q235钢材、不同强度的混凝土在约束效应系数为1.0的情况下轴压强度承载力指标/Scy（T）数值计算与简化计算公式的拟合情况。由看出，简化计算结果与数值计算结果符合得比较好（其它情况下结果相似）。表1同时给出了简化计算公式获得的圆钢管混凝土轴压强度承载力指标/scy（T）计和弹性模量Esc（T）计与试验获得的轴压强度承载力指标/SCy（T）试和弹性模量Esc（T）试的数据比较，其中/scy（T）计//；cy（T）试平均值为1.134标准差为0117，Es：（T）计/Esc（T）试的平均值为1.352标准差为0200. ESc为常温情况下钢管混凝土的弹性模量，按（14）式计算所示为轴压强度承载力和弹性模量试验结果与简化公式计算结果的比较图；从比较图可以看出，简化计算结高温作用后圆钢管混凝土轴压力学性能研究杨华等轴压强度承载力弹性模量试验结果与简化计算的比较C1□C2果与试验结果基本符合，说明了简化公式取法的合理性。

　　5结论（1）恒高温作用后的圆钢管混凝土仍然具有较好的轴压强度承载力和抗变形能力。（2）高温作用后圆钢管混凝土的轴压强度承载力和弹性模量基本上随曾经历过的恒定温度的升高而降低。（3）数值模型计算出的荷载一变形关系曲线与试验曲线吻合较好。（4）基于数值分析结果，本文提出了高温作用后圆钢管混凝土轴压强度承载力和轴压弹性模量简化计算公式，简化计算结果与试验结果吻合较好。