圆形钢管自密实混凝土加固rc方柱偏压性能有限元分析

'2015年第6期(总第308期)混凝土理论研究Number6in2015(TotalNo．308)ConcreteTHEORETICALRESEARCHdoi：10．3969／j．issn．1002—3550．2015．06．012圆形钢管自密实混凝土加固RC方柱偏压性能有限元分析王云虎，卢亦焱。薛继峰。梁鸿骏(武汉大学土木建筑工程学院，湖北武汉430072)摘要：通过4根短柱(1根RC方柱和3根钢管自密实混凝土加固柱)的偏心受压试验，研究外套钢管自密实混凝土加固法对RC方柱承载力和延性性能的影响，结果表明加固后RC柱的承载力与延性得到大幅提高，且加固柱的承载力随偏心距的增大而减小。为进一步研究钢管壁厚和后浇混凝土强度对加固效果的影响，采用了通用有限元软件ANSYS对加固偏压柱的受力全过程进行了计算分析。经验证，计算所得试件的荷载一变形曲线与试验结果吻合良好。在此基础上对加固柱进行参数分析研究，研究结果表明：偏心距对加固偏压柱的承载力影响最为明显，其次是钢管壁厚，自密实混凝土强度的影响较小。关键词：钢管；自密实混凝土；加固；偏压承载力；有限元中图分类号：TU528．0l文献标志码：A文章编号：1002—3550(2015)06—0050—04FiniteelementanalysisofsquareRCcolumnstrengthenedwithself—compactingconcretefilledcircularsteeItubeundereccentricIoadWAJ~GYunhu，LUYiyan，XUEJifeng，LIANGHongjun(SchoolofCivilEngineering，WuhanUniversity，Wuhan430072，China)Abstract：Onereinforcedconcretecolumnandthreeretrofittingcolumnssubjectedtoeccentricloadinghavebeenpresented．Theexperi—mentalresultsshowsthattheuseofself—compactingconcretefilledsteeltubesisinterestingsincetheductilityandthebearingcapacityoftheRCcolumnsaregreatlyimproved，andtheultimatebearingcapacityisdecreasedwiththeincreaseoftheeccentricity．Inordertofurtherinvestigatetheeffectofthethicknessofthesteeltubesandtheconcretestrengthontheeccentricloadingbehaviorofthestrengthenedcolumns，afiniteelement(ANSYS)analysisisemployedtoanalyzetheloadingprocessoftheretrofittingcolumnssubjec—tedtOeccentricloading．Itisfoundthatthecalculationsofload—deformationcurvesagreewellwiththeexperimentalresults．Onthisba—sis，theinfluenceofsomeparametersincludingthethicknessofthesteeltube，theconcretestrengthandtheeccentricityontheultimatebeatingcapacityoftheretrofittingcolumnsisanalyzed．Thestudyshowsthattheinfluenceoftheeccentricityisobvious，thethicknessofthesteeltubeislessandtheconcretestrengthistheleast．Keywords：steeltube：self—compactingconcrete；retrofit；eccentric—loadedcapacity；finiteelement在钢管混凝土加固柱方面⋯，国外较早开展了钢套管0引言补强混凝土柱强度和变形能力的研究。Priestley等用椭圆套管加固混凝土方柱和圆柱并对其抗剪强度进行了圆形钢管混凝土组合结构能充分发挥材料特点：一方试验研究及理论分析，研究表明钢套管可以大幅提高加固面钢管对核心混凝土的约束作用，使核心}昆凝土处于三向柱的抗剪强度和弯曲韧性。Aboutaha等用不同类型的受压状态，从而提高混凝土强度，改善混凝土韧性和塑性；矩形钢管对混凝土柱进行加固，套管类型分为局部套管与另一方面，核心混凝土又能延缓和避免钢管的局部屈曲，全套两种，研究结果表明两种套管方式均能有效提高柱的从而保证钢材性能的充分发挥；此外，钢管还可以作为混强度及延性。除此之外，肖岩等也对局部方套管及矩形凝土浇筑的模板，加快施工速度，节省费用。因此，钢管混套管加固混凝土柱的强度及延性进行了研究。国内对于钢凝土组合结构具有承载力高、刚度大、抗震性能好、构件截套管加固混凝土柱研究较晚，李鹏等对钢套管加固的混面尺寸小、施工简便迅速、经济效益好等突出优点。这优良凝土方柱试件进行了试验研究，并分析了加固柱的轴压性的力学特性为结构加固提供了一个新的思路，利用该组合能和约束机理。蔡健等进行了圆形钢套管内填混凝土结构对混凝土结构进行加固，可大幅度提高加固构件的承结构加固方形短柱轴压、短柱偏压和中长柱轴压等试验研载力、刚度和延性等。究，研究发现外套钢管加固法可有效提高加固柱的承载力收稿日期：2014—09—18基金项目：国家自然科学基金项目(51078294)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(2014210020201)·50· 2．901Tim，偏心距分别为20、40、60mlTl的试件的荷载一纵很大，偏心距越大，加固试件的越早进入弹塑性阶段，其极向位移曲线。由图可知，偏心距对加固试件的承载力影响限承载力也越低。位移／mm位移／mm位移／mm(a)自密实混凝土强度(b)钢管壁厚(c)偏心距图7不同因素对荷载位移的影响StructuralJournal，1994，91(4)：394—4053结论[4]ABOUTAHAR．S．Effectofsteelcorrosionandlossofconcrete(1)钢管自密实混凝土加固法可以大幅提高RC方柱coveronstrengthofdeterioratedRCcolumns[J]．Construction的偏压承载力与延性，并将未加固柱由脆性破坏转为延性andBuildingMaterials，2011，25(5)．破坏。[5]肖岩，郭玉荣，何文辉，吴徽．局部加劲钢套管加固钢筋混凝土(2)本研究的有限元模型计算结果与试验结果较为吻柱的研究[J]．建筑结构学报，2003，129(6)：725—732．合，说明本研究所选取的模型合理正确，可以作为计算钢管}昆凝土加固RC方柱偏心受压构件的依据。[6]李鹏，易伟建钢套管加固钢筋混凝土柱的轴心受压试验研究[J]．(3)参数分析表明：减小偏心距或增加钢管壁厚均能建筑技术开发，2007(1)：85—89．显著提高加固柱的承载力与延性；而自密实混凝土强度对[7]蔡键，徐进．圆形套管加固混凝土中长柱轴压承载力研究[J]．加固柱承载力影响较小。铁道科学与工程学报，2005，2(4)：62—67．[8]CAIJ，XUJ．Ultimatestrengthenofreinforcedconcretecolumns参考文献：s~engthenedbycircularsteeljacketing[J]．JournalofSouthChi—[1]刘西拉．结构工程学科的进展与前景[M]．北京：中国建筑工业naUniversityofTechnology，2007，35(1O)：78—83．出版社，2007．[9]卢亦焱，张学朋．外套钢管混凝土增大截面加固混凝土柱的方E23PRIESTLEYM，SEIBLEF．Designandseismicretrofitmeasures法：中国，101581152[P]．2009—11—18．forconcreteandmasonrystructures[J]．ConstructionBuildingMaterial，1995，9(6)：362—377．第一作者：王云虎(1991一)，男，硕士，主要从事工程结构加固理论研究。[3]PRIESTLEYMJN，SEIBLEF，XIAOY，eta1．Steeljacketret-联系地址：武汉大学土木建筑工程学院结构楼312室(430072)rofitfingofreinforcedconcretebridgecolumnsforenhancedshear联系电话：l5072402529s~ength-part1：theoreticalconsiderationsandtestdesign[J]．ACI·上接第49页[5]伍远辉，罗宿星，付盈盈，等．氯离子环境下混凝土钢筋的电化[103SONGHW，ANNKY，PACKSW，eta1．Factorsinfluencing学阻抗谱特征rJ]．表面技术，2010(3)：23—29．chloridetransportandchloridethresholdlevelfortheprediction[6]张静萍，史美伦，贺鸿珠．粉煤灰火山灰生的交流阻抗研究[J]．ofservicelifeofconcretestructures[J]．Int．J．Struct．Eng，2010．粉煤灰，2010(3)：35—39．[11]TOMOSAWAF．Japan"sexperiencesandstandardsonthedurabil—[7]王迎斌，马保国，罗忠涛，等．掺矿渣水泥水化反应特性的试验ityproblemsofreinforcedconcretestructures[J]．International研究[J]．混凝土与水泥制品，2009(4)：135—137．JournalofStructuralEngineering，2009．[8]BARNETTSJ，eta1．Strengthdevelopmentofmortarscontaininggroundgranulatedblast—furnaceslag：Effectofcuringtempera—第一作者：刘龙海(1970一)，男，博士，教授，研究方向：土木工tureanddeterminationofapparentactivationenergies[J]．Cement程，结构加固与处理。andConcreteComposites，2006．联系地址：湖南长沙南湖路长坡社区I栋4单元608(412000)[9]马振珠，岳汉威，宋晓岚．水泥水化过程的机理、测试及影响因联系电话：13113984924素[J]．长沙大学学报，2009，2(5)：15—20．·53·'