蜂窝状钢骨混凝土Ｔ形截面异形柱的正截面受力性能分析

第 32 卷 第 1 期
2010 年 1 月
南 京 工 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 )
JOURNALOFNANJINGUNIVERSITYOFTECHNOLOGY(NaturalScienceEdition)
Vol.32No.1
Jan.2010
doi:10.3969/j.isn.1671-7627.2010.01.003
蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 截 面 异 形 柱 的
正 截 面 受 力 性 能 分 析
郑 廷 银 , 吴 杏 花 , 苏 明 , 陈 亮 , 蔡 万 军
( 南 京 工 业 大 学 土 木 工 程 学 院 , 江 苏 南 京 210009)
摘 要 : 为 了 比 较 全 面 地 探 讨 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 柱 的 正 截 面 受 力 、 变 形 特 性 , 对 其 进 行 单 调 加 载 试 验 , 以 考 察
在 偏 心 压 力 作 用 下 该 新 型 构 件 的 破 坏 形 态 、 受 力 与 变 形 特 性 ; 利 用 ANSYS 有 限 元 分 析 软 件 对 T 形 截 面 柱 进 行 非 线
性 有 限 元 分 析 , 研 究 钢 骨 腹 板 开 洞 率 、 配 钢 率 、 配 箍 率 、 加 载 角 、 偏 心 距 、 构 件 长 细 比 、 混 凝 土 强 度 等 级 以 及 钢 材 牌 号
等 主 要 因 素 对 该 新 型 构 件 性 能 的 影 响 及 其 规 律 , 并 提 出 设 计 建 议 研 究 表 明 : 该 新 型 构 件 的 破 坏 模 式 表 现 为 “ 受 压
破 坏 ” 的 形 态 ; 在 荷 载 不 超 过 极 限 荷 载 的 90% 之 前 , 该 新 型 构 件 的 截 面 应 变 符 合 平 截 面 假 定 , 正 截 面 受 力 性 能 优 于
桁 架 式 钢 骨 混 凝 土 T 形 柱 ; 极 限 承 载 力 随 着 配 钢 率 、 配 箍 率 、 混 凝 土 强 度 、 钢 材 强 度 的 增 加 而 增 加 , 但 随 长 细 比 、 加
载 角 和 偏 心 距 的 增 加 而 降 低 ; 加 载 角 和 偏 心 距 的 改 变 对 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 柱 的 正 截 面 承 载 力 影 响 很 大 , 设 计
时 宜 尽 量 避 免 出 现 大 偏 心 距 和 大 加 载 角 的 受 力 状 态
关 键 词 : 钢 骨 混 凝 土 ; 蜂 窝 状 钢 骨 ; 正 截 面 受 力 性 能 ;T 形 柱 ; 试 验 研 究 ; 非 线 性 有 限 元 分 析
中 图 分 类 号 :TU323.1 文 献 标 志 码 :A 文 章 编 号 :1671-7627(2010)01-0012-07
Performanceanalysisonnormalsectionloadofhoneycomb
steelreinforcedconcreteTshapesectioncolumn
ZHENGTingyin,WUXinghua,SUMing,CHENLiang,CAIWanjun
(ColegeofCivilEngineering,NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)
Abstract:Thehoneycombsteelreinforcedconcrete(SRC)Tshapesectioncolumnisanewspecialshape
column.Tostudythenormalsectionbendingcapacityanddeformationcharacteristicsofthestructure,
firstly,amonotonousloadingtestwascariedouttostudythenormalsectionbendingcapacity,deforma
tioncharacteristicsandfailuremodesofthecomponentontheeccentriccompresion.Then,thenonlinear
finiteelementanalysiswasperformedonthehoneycombSRCTshapesectioncolumnwithmultiparameter
bytheANSYSprocedure.Theinfluencesofmainfactors,suchasholeratioofsteelweb,steelratio,re
inforcementratio,concretestrengthandsoon,theirlawsandwerestudiedonthenormalsectionbending
capacity.Somesuggestionsforthedesignweregiven.Asthestudyshown,thefailuremodesofthecom
ponentweresimilartothatofthecompresedRCcolumnwithsmaleccentricity;thehypothesisoftheav
eragestraininthehorizontalsectionwasapplicableinthehoneycombSRCTshapedcolumniftheloads
werewithin90% oftheultimatebendingstrength;thenormalsectionshearperformanceofTshapesec
收 稿 日 期 :2008-04-20
基 金 项 目 : 江 苏 省 建 设 厅 和 南 京 市 建 设 委 员 会 联 合 资 助 项 目 (JS200120)
作 者 简 介 : 郑 廷 银 (1955—), 男 , 重 庆 人 , 教 授 , 博 士 , 主 要 研 究 方 向 为 结 构 稳 定 理 论 与 高 等 分 析 、 钢 结 构 、 钢 混 凝 土 组 合 结 构 ,Email:zhtyzhh@
njut.edu.cn.

第 1 期
郑 廷 银 等 : 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 截 面 异 形 柱 的 正 截 面 受 力 性 能 分 析
13
tioncolumnhereisbeterthanthatofthetrustypeofSRCspecialshapecolumn;withtheincreasingof
thesteelratio,thereinforcementratio,theconcretestrength,andthesteelstrength,theultimatenormal
sectioncapacityofthenewcolumnincreased,butitcoulddropwiththeincreasingoftheslendernesra
tio,theloadingangleandtheeccentricity;theloadingangleandtheeccentricitywereextremelysensitive
tothenormalsectionbendingperformanceofTshapesectioncolumn.Thus,thelargeloadingangleand
theeccentricityshouldbeavoidedinpracticalconstructions.
Keywords:steelreinforcedconcrete;honeycombsteelskeleton;normalsectionloadedperformance;
Tshapedcolumn;experimentalstudy;nonlinearfiniteelementanalysis
随 着 我 国 现 代 化 建 设 的 高 速 发 展 和 科 技 进 步 ,
人 们 逐 渐 认 识 到 , 常 规 的 住 宅 结 构 体 系 ( 在 住 宅 建
筑 内 露 出 柱 楞 角 的 做 法 ) 既 影 响 美 观 又 不 利 于 使
用 . 针 对 这 一 问 题 的 研 究 发 现 采 用 异 形 截 面 柱 结 构
体 系 可 以 有 效 地 解 决 这 一 问 题 [1-3] . 研 究 表 明 , 蜂 窝
状 钢 骨 混 凝 土 异 形 柱 结 构 体 系 的 综 合 性 能 既 优 于 钢
筋 混 凝 土 异 形 柱 结 构 体 系 的 综 合 性 能 , 也 优 于 纯 钢
结 构 异 形 柱 、 桁 架 式 钢 骨 混 凝 土 异 形 柱 结 构 体 系 的
综 合 性 能 , 可 以 说 它 是 目 前 为 止 的 一 种 用 于 钢 结 构
住 宅 建 筑 可 获 得 较 好 综 合 性 能 的 新 型 异 形 柱 结 构 体
系 [4-5]
由 于 这 一 新 型 异 形 柱 结 构 体 系 的 综 合 性 能 主 要
取 决 于 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 异 形 柱 的 性 能 , 因 此 要 详
细 了 解 该 新 型 异 形 柱 结 构 体 系 的 综 合 性 能 , 必 须 首
先 探 讨 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 异 形 柱 的 性 能 本 文 拟 对
该 类 新 型 异 形 柱 ——— 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 截 面
异 形 柱 的 正 截 面 受 力 性 能 进 行 相 关 的 试 验 研 究 和 有
限 元 分 析 , 以 期 为 该 类 新 型 异 形 柱 结 构 的 进 一 步 研
究 和 工 程 应 用 提 供 理 论 依 据 .
1 试 验 研 究
1.1 试 验 概 况
1.1.1 试 件 设 计 与 制 作
为 了 与 文 献 [6] 中 的 试 验 结 果 进 行 对 比 , 本 试
件 设 计 时 , 其 截 面 大 小 、 配 筋 、 混 凝 土 强 度 等 级 及 钢
材 牌 号 等 参 数 都 取 与 文 献 [6] 相 同 , 只 是 改 变 了 试
件 的 钢 骨 形 式 , 其 具 体 设 计 尺 寸 如 图 1 所 示
钢 骨 在 钢 结 构 加 工 厂 制 作 完 成 , 钢 筋 的 放 样 、 绑
扎 以 及 混 凝 土 浇 筑 均 在 工 地 现 场 进 行
在 试 件 的 混 凝 土 浇 注 之 前 , 先 在 钢 骨 、 钢 筋 的 适
当 位 置 粘 贴 一 定 数 量 的 应 变 片 , 待 混 凝 土 养 护 达 设
计 强 度 后 , 再 在 试 件 表 面 的 适 当 位 置 粘 贴 一 定 数 量
的 应 变 片 [7]
试 件 中 的 钢 骨 采 用 Q235B 钢 , 混 凝 土 采 用 C40
图 1 试 件 的 详 细 尺 寸 (mm)
Fig.1 Detailsofspecimen(mm)
商 品 混 凝 土 , 钢 筋 采 用 HPB235 所 用 材 料 的 性 能 试
验 结 果 如 表 1、 表 2 所 示 .
强 度 等 级
表 1 混 凝 土 实 测 力 学 指 标
Table1 Mechanicalperformanceoftest
立 方 体 抗 压 强 度
f cu /MPa
弹 性 模 量
E c /MPa
C40 413 33000
1.1.2 试 验 装 置
柱 子 采 用 立 式 加 载 , 其 偏 心 压 力 通 过
2000kN 的 YES 200 型 液 压 式 压 力 试 验 机 施
加 , 并 通 过 读 取 液 压 操 纵 台 荷 载 值 确 定 各 级 荷
载 . 采 用 20mm 钢 垫 块 模 拟 加 载 点 铰 支 座 , 其 加 载
装 置 如 图 2 所 示

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南 京 工 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 32 卷
表 2 钢 材 的 实 测 力 学 性 能
Table2 Testedmechanicalperformanceofsteel
钢 材 类 型
屈 服 强 度
f y /MPa
抗 拉 强 度
f su /MPa
弹 性 模 量
E s /MPa
钢 筋 6 3150 5230 206000
纵 筋 8 2950 4550 201000
钢 板 厚 6mm 3708 5366 208000
钢 板 厚 8mm 3518 4702 205000
图 2 试 验 加 载 装 置
Fig.2 Testsetupforloading
1.1.3 加 载 方 法
本 次 试 验 施 行 单 向 偏 心 加 载 ( 偏 心 压 力 作 用 于
截 面 的 对 称 轴 上 ), 偏 心 距 e=40mm, 加 载 角 为 0°,
如 图 3 所 示 .
图 3 加 载 点 (mm)
Fig.3 Loadingpoints(mm)
正 式 加 载 前 先 施 加 90kN 的 预 加 荷 载 , 分 三 级 加
完 , 级 差 为 30kN 正 式 加 载 时 , 为 了 能 够 较 准 确 地
获 取 试 件 开 裂 荷 载 , 开 始 每 级 加 载 以 按 有 限 元 程 序
ANSYS 所 计 算 试 件 极 限 荷 载 的 5% 加 载 , 试 件 开 裂
后 , 按 ANSYS 所 计 算 试 件 极 限 荷 载 的 10% 加 载 , 当
荷 载 达 到 ANSYS 计 算 试 件 极 限 荷 载 的 70% 以 后 ,
为 了 能 够 较 准 确 地 获 取 试 件 极 限 荷 载 值 , 又 按 AN
SYS 所 计 算 试 件 极 限 荷 载 的 5% 加 载 , 直 至 试 件 破
坏 为 止
1.2 试 验 结 果 及 其 分 析
1.2.1 试 件 的 破 坏 形 态 分 析
当 荷 载 达 到 1125kN 时 , 在 试 件 中 部 附 近 位 置 的
8 号 面 ( 试 件 各 面 编 号 如 图 3 所 示 ) 出 现 细 小 的 水 平
裂 缝 的 同 时 ,4 号 面 出 现 细 小 纵 向 裂 缝 ; 随 着 荷 载 的
增 大 ,8 号 面 混 凝 土 原 有 横 向 裂 缝 宽 度 增 大 并 向 两 端
发 展 延 伸 的 同 时 , 在 其 附 近 又 出 现 多 条 横 向 裂 缝 , 而
此 时 的 4 号 面 出 现 多 条 纵 向 裂 缝 ; 随 着 荷 载 的 继 续 增
大 ,3、5 号 面 也 出 现 多 条 微 倾 斜 的 纵 向 裂 缝 ,4 号 面 的
混 凝 土 被 纵 向 裂 缝 分 割 成 很 多 条 , 出 现 了 混 凝 土 与 型
钢 的 纵 向 黏 结 裂 缝 并 逐 渐 脱 落 , 混 凝 土 退 出 工 作 的 面
积 不 断 增 大 , 在 荷 载 增 加 不 多 的 情 况 下 ,4 号 面 以 及
3、5 号 面 靠 近 4 号 面 部 分 区 域 的 混 凝 土 达 到 极 限 压 应
变 被 压 碎 , 极 限 破 坏 荷 载 达 到 1425kN. 破 坏 时 ,4 号
面 以 及 3、5 号 面 靠 近 4 号 面 部 分 区 域 的 型 钢 外 围 的
混 凝 土 局 部 脱 落 , 钢 骨 暴 露 , 混 凝 土 脱 落 处 纵 筋 压 曲
往 外 弯 凸 , 混 凝 土 开 裂 并 伴 随 爆 裂 声 . 虽 然 试 件 8 号
面 混 凝 土 出 现 受 拉 开 裂 , 但 整 个 破 坏 过 程 及 破 坏 形 态
与 钢 筋 混 凝 土 构 件 的 “ 受 压 破 坏 ” 过 程 极 为 相 似 . 因
此 , 本 次 试 验 的 破 坏 形 态 属 于 小 偏 心 受 压 破 坏 , 也 可
以 说 是 T 形 截 面 异 形 柱 在 本 试 验 受 荷 状 态 下 的 特 殊
破 坏 形 态 .
1.2.2 截 面 应 变 分 析
图 4 为 在 不 同 荷 载 作 用 时 , 试 件 横 截 面 上 弯 矩
作 用 平 面 的 应 变 分 布 . 由 图 4 可 见 : 从 加 载 开 始 至 荷
载 达 到 1275kN 以 前 , 截 面 应 变 仍 能 较 好 地 符 合 平
截 面 假 定 ; 当 荷 载 达 到 1350kN 时 , 由 于 钢 骨 与 混 凝
土 之 间 出 现 黏 结 滑 移 现 象 , 其 截 面 不 能 完 全 符 合 平
截 面 假 定 . 由 于 荷 载 达 到 1275kN, 大 约 是 极 限 荷 载
的 90%, 所 以 可 得 结 论 : 当 荷 载 不 超 过 极 限 荷 载
90% 时 ,T 形 截 面 异 形 柱 的 应 变 符 合 平 截 面 假 定 ; 当
荷 载 超 过 极 限 荷 载 90% 后 , 柱 截 面 应 变 不 能 完 全 符
合 平 截 面 假 定 .
1.2.3 正 截 面 承 载 力 对 比 分 析
为 便 于 与 文 献 [6] 进 行 比 较 , 本 文 试 验 模 型 除
改 变 钢 骨 形 式 外 , 模 型 尺 寸 及 材 料 等 级 等 其 他 参 数
均 与 文 献 [6] 相 同 图 5 为 本 文 模 型 与 文 献 [6] 模
型 试 验 结 果 的 荷 载 纵 向 位 移 关 系 曲 线 比 较 图 5

第 1 期
郑 廷 银 等 : 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 截 面 异 形 柱 的 正 截 面 受 力 性 能 分 析
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图 4 试 件 截 面 应 变 分 布
Fig.4 Distributiondiagram ofstrainontestedspecimensection
中 的 曲 线 可 以 看 出 : 文 献 [6] 试 件 的 曲 线 较 短 , 后 期
变 形 小 , 而 本 文 试 件 的 曲 线 则 相 反 , 说 明 本 文 试 件 的
弹 塑 性 变 形 要 优 于 文 献 [6] 试 件 的 弹 塑 性 变 形 ; 本
文 试 件 采 用 偏 心 加 载 的 极 限 承 载 力 都 接 近 文 献 [6]
试 件 轴 心 加 载 的 极 限 承 载 力 , 可 以 说 在 同 等 加 载 条
件 下 本 文 试 件 的 极 限 承 载 力 会 明 显 高 于 文 献 [6] 中
试 件 的 极 限 承 载 力
的 本 构 关 系 采 用 美 国 学 者 Hongnestad 提 出 的 表 达
式 , 曲 线 的 上 升 段 为 抛 物 线 , 下 降 段 为 斜 直 线 ; 钢 材
( 钢 骨 、 钢 筋 ) 采 用 双 直 线 强 化 模 型 , 强 化 模 量 取
001 倍 的 初 始 弹 性 模 量
2.2 加 载 方 式 与 边 界 条 件
分 析 中 采 用 单 调 加 载 方 式 , 非 线 性 静 力 分 析 在
模 型 底 部 力 的 作 用 点 处 分 别 将 X、Y、Z 三 向 约 束 , 顶
部 荷 载 作 用 处 则 只 约 束 X、Y 两 水 平 向 , 以 允 许 模 型 在
顶 端 荷 载 作 用 下 发 生 向 下 的 位 移 为 了 防 止 加 载 时
的 应 力 集 中 现 象 , 分 别 在 构 件 的 上 、 下 两 端 加 一 弹 性
模 量 相 对 较 大 的 刚 性 垫 块 , 其 厚 度 为 100mm [7] .
2.3 有 限 元 分 析 模 型 的 验 证
为 证 明 有 限 元 模 型 的 正 确 性 和 精 确 性 , 将 有 限
元 模 型 计 算 结 果 和 试 验 结 果 进 行 对 比 分 析 . 构 件 的
荷 载 纵 向 位 移 曲 线 如 图 6 所 示 . 由 图 6 可 见 : 计 算
荷 载 位 移 曲 线 与 试 验 实 测 荷 载 位 移 基 本 吻 合 , 在
弹 性 阶 段 ( 混 凝 土 开 裂 前 ) 更 加 吻 合 .ANSYS 计 算 的
极 限 承 载 力 大 于 试 验 值 , 不 过 相 差 仅 为 43% 这 足
以 说 明 本 文 有 限 元 模 型 是 正 确 的 , 其 分 析 结 果 是 可
靠 的 实 验 结 果 与 有 限 元 分 析 结 果 存 在 误 差 的 主 要
原 因 分 析 见 文 献 [7]
图 5 试 件 荷 载 纵 向 位 移 曲 线
Fig.5 LoadZdisplacementcurvesofspecimen
综 上 所 述 , 本 文 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 截 面 异
形 柱 正 截 面 承 载 力 和 延 性 均 明 显 优 于 文 献 [6] 中 的
桁 架 式 钢 骨 混 凝 土 T 形 截 面 异 形 柱
2 非 线 性 有 限 元 分 析
2.1 有 限 元 分 析 模 型
[7]
有 限 元 分 析 时 , 以 试 验 试 件 为 基 本 模 型 , 并
考 虑 钢 骨 腹 板 开 洞 率 、 配 钢 率 、 配 箍 率 、 加 载 角 、 偏 心
距 、 混 凝 土 强 度 、 钢 材 牌 号 及 构 件 长 细 比 等 影 响 因 素
的 变 化 , 共 设 计 了 38 个 分 析 模 型
采 用 分 离 式 建 模 的 方 法 [8-9] , 其 中 混 凝 土 与 钢
骨 分 别 选 用 ANSYS 中 的 八 节 点 六 面 体 单 元 Solid65
和 Solid45, 钢 筋 选 用 Link8 单 元 , 其 单 元 划 分 详 见 文
献 [7]
有 限 元 分 析 中 的 材 料 选 用 与 试 验 相 同 混 凝 土
图 6 构 件 荷 载 纵 向 位 移 曲 线
Fig.6 LoadZdisplacementcurvesofcomponent
2.4 有 限 元 分 析 结 果 与 讨 论
考 虑 钢 骨 腹 板 开 洞 率 、 配 钢 率 、 配 箍 率 、 加 载 角 、
偏 心 距 、 混 凝 土 强 度 、 钢 材 牌 号 及 构 件 长 细 比 等 影 响
因 素 变 化 的 非 线 性 有 限 元 分 析 , 结 果 如 图 7~ 图 15
所 示 .
2.4.1 钢 骨 腹 板 开 洞 率 对 T 形 柱 正 截 面 受 力 性 能
的 影 响
图 7 为 其 他 参 数 按 基 本 模 型 取 值 , 而 钢 骨 腹 板
开 洞 率 分 别 为 10%、30%、50%、70% 和 90%5 种 情
况 时 的 荷 载 Z 向 位 移 关 系 曲 线
由 图 7 可 知 : 当 开 洞 率 为 10% 时 , 构 件 的 承 载

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南 京 工 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 32 卷
图 7 不 同 开 洞 率 时 的 荷 载 位 移 曲 线
Fig.7 Influenceonloaddisplacemetcurvesof
diferentopeningholeratios
图 8 不 同 配 钢 率 的 荷 载 位 移 曲 线
Fig.8 Loaddisplacementcurveswithdiferent
steelratios
力 最 高 ; 随 着 开 洞 率 的 增 加 承 载 力 有 所 下 降 , 但 是 下
降 并 不 明 显 ; 开 洞 率 分 别 为 30%、50%、70% 和 90%
4 种 情 况 下 的 荷 载 位 移 曲 线 基 本 重 合 , 说 明 在 钢 骨
混 凝 土 T 形 截 面 柱 中 , 钢 骨 腹 板 开 洞 率 的 大 小 对 其
正 截 面 受 力 性 能 的 影 响 并 不 显 著 ; 当 钢 骨 腹 板 开 洞
率 过 大 时 ( 如 大 于 70%), 在 达 到 极 限 承 载 力 后 , 荷
载 位 移 曲 线 产 生 突 变 , 这 可 能 是 由 于 混 凝 土 压 碎 而
使 构 件 刚 度 突 然 降 低 , 导 致 出 现 其 脆 性 破 坏 , 这 是 极
为 不 利 的 .
通 过 上 述 分 析 并 结 合 文 献 [4] 对 混 凝 土 与 钢 骨
的 接 触 分 析 可 以 认 为 , 钢 骨 腹 板 开 洞 能 够 增 强 混 凝
土 与 钢 骨 的 协 同 工 作 能 力 , 而 又 不 显 著 降 低 构 件 的
正 截 面 承 载 力 ; 随 着 钢 骨 腹 板 开 洞 率 的 增 加 , 构 件 的
延 性 会 降 低 , 脆 性 增 加 , 可 能 还 会 导 致 其 耗 能 减 小 ,
对 结 构 抗 震 不 利 , 因 此 钢 骨 腹 板 开 洞 率 不 宜 过 大 , 最
好 不 要 超 过 50%
2.4.2 配 钢 率 对 T 形 柱 正 截 面 受 力 性 能 的 影 响
图 8 为 其 他 参 数 按 基 本 模 型 取 值 , 配 钢 率 分 别
为 44%、65%、83%、101% 和 112%5 种 情 况 时
的 荷 载 Z 向 位 移 关 系 曲 线 , 图 9 为 其 极 限 承 载
力 含 钢 率 关 系 曲 线 .
由 图 9 可 知 : 构 件 极 限 承 载 力 随 着 配 钢 率 的 增
加 而 增 加 , 但 增 加 并 不 成 正 比 . 当 含 钢 率 在 44% ~
65% 时 , 构 件 极 限 承 载 力 配 钢 率 曲 线 的 斜 率 最 大 ,
说 明 在 该 区 间 构 件 承 载 力 增 加 最 显 著 ; 钢 骨 含 量 在
65% ~101% 时 次 之 ; 而 钢 骨 含 量 大 于 101% 时 ,
构 件 极 限 承 载 力 增 加 的 速 率 更 缓 . 由 图 8 可 知 : 含 钢
率 越 大 , 变 形 能 力 越 强 , 延 性 越 好 ; 而 含 钢 率 过 低 , 变
形 能 力 过 小 , 试 件 破 坏 接 近 脆 性 破 坏 . 综 合 上 述 分
析 , 为 了 保 证 构 件 既 具 有 较 高 的 承 载 力 , 又 具 有 较 好
的 延 性 , 建 议 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 柱 含 钢 率 控 制
图 9 构 件 极 限 承 载 力 含 钢 率 曲 线
Fig.9 Ultimatebearingcapacitysteelratiocurvesofcomponent
在 65% ~100% 为 宜
2.4.3 配 箍 率 对 T 形 柱 正 截 面 受 力 性 能 的 影 响
图 10 为 其 他 参 数 按 基 本 模 型 取 值 , 而 配 箍 率 分
别 为 113%、201%、314%、4.52%4 种 情 况 时 的
荷 载 Z 向 位 移 关 系 曲 线 .
图 10 不 同 配 箍 率 的 荷 载 位 移 曲 线
Fig.10 Loaddisplacementcurveswithdiferent
reinforcementratios
由 图 10 可 知 : 当 荷 载 较 小 时 , 不 同 的 配 箍 率 对
应 的 荷 载 位 移 曲 线 几 乎 重 合 , 说 明 在 荷 载 比 较 低 的
情 况 下 箍 筋 对 柱 正 截 面 受 力 性 能 贡 献 不 大 ; 当 荷 载
较 大 时 , 构 件 进 入 塑 性 阶 段 , 随 着 配 箍 率 的 提 高 构 件
承 载 力 有 一 定 的 提 高 当 配 箍 率 为 113% 时 , 混 凝

第 1 期
郑 廷 银 等 : 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 截 面 异 形 柱 的 正 截 面 受 力 性 能 分 析
17
土 在 破 坏 阶 段 会 产 生 较 大 范 围 的 剥 落 , 从 而 导 致 承
载 力 有 较 大 的 衰 减 且 构 件 延 性 较 差 ; 当 配 箍 率 大 于
201% 时 , 构 件 在 破 坏 时 具 有 较 大 的 变 形 能 力 . 配 置
箍 筋 目 的 是 对 外 包 混 凝 土 起 一 定 约 束 作 用 , 不 致 因
混 凝 土 过 早 剥 落 而 导 致 承 载 力 衰 减 过 大 . 综 合 上 述
因 素 建 议 , 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 柱 配 箍 率 宜 大
于 20%.
2.4.4 加 载 角 和 偏 心 距 对 T 形 柱 正 截 面 受 力 性 能
的 影 响
图 11 为 其 他 参 数 按 基 本 模 型 取 值 , 偏 心 距 分 别
为 004、009、014、019m4 种 情 况 时 的 荷 载 加
载 角 关 系 曲 线 . 图 12 为 其 加 载 角 分 别 为 0°、15°、
30°、45°、60°、75°、90°7 种 情 况 时 的 荷 载 偏 心 距 关
系 曲 线 .
图 12 不 同 加 载 角 下 的 承 载 力 偏 心 距 关 系 曲 线
Fig.12 Bearingcapacityexcentricitycurveswith
diferentloadingangles
图 11 不 同 偏 心 距 下 的 承 载 力 加 载 角 关 系 曲 线
Fig.11 Bearingcapacityloadinganglecurveswith
diferenteccentricities
由 图 11、 图 12 可 知 : 在 相 同 加 载 角 情 况 下 , 偏
心 距 越 大 , 极 限 承 载 力 越 小 ; 在 相 同 偏 心 距 情 况 下 ,
加 载 角 越 大 , 极 限 承 载 力 越 小 ; 加 载 角 为 90° 时 ( 荷
载 作 用 在 非 对 称 轴 上 ), 其 极 限 承 载 力 最 小 . 比 较 图
11、 图 12 中 曲 线 斜 率 还 可 发 现 , 偏 心 距 的 影 响 比 加
载 角 的 影 响 更 加 显 著 因 此 , 设 计 该 类 柱 时 , 应 充 分
考 虑 大 偏 心 距 和 大 加 载 角 对 其 承 载 力 的 最 不 利 影
响 , 尽 量 避 免 其 大 偏 心 距 和 大 加 载 角 的 受 力 状 态
2.4.5 混 凝 土 强 度 对 T 形 柱 正 截 面 受 力 性 能 的
影 响
图 13 为 其 他 参 数 按 基 本 模 型 取 值 , 而 混 凝 土 强
度 分 别 为 C40、C50、C60、C70、C805 种 情 况 时 的 荷
载 位 移 关 系 曲 线 .
由 图 13 可 知 : 随 着 混 凝 土 强 度 的 提 高 , 构 件 承
载 力 有 所 提 高 . 混 凝 土 的 强 度 等 级 对 钢 骨 高 强 混 凝
土 的 承 载 力 影 响 很 大 , 提 高 混 凝 土 的 强 度 等 级 是 提
高 构 件 承 载 力 的 有 效 途 径 之 一 .
图 13 不 同 混 凝 土 强 度 等 级 的 荷 载 位 移 曲 线
Fig.13 Loaddisplacementcurveswithdiferentconcrete
sthrenthgrades
2.4.6 钢 材 强 度 对 T 形 柱 正 截 面 受 力 性 能 的 影 响
图 14 为 其 他 参 数 按 基 本 模 型 取 值 , 而 钢 材 牌 号
分 别 为 Q235、Q345、Q390、Q4204 种 情 况 时 的 荷 载
位 移 关 系 曲 线 .
图 14 不 同 钢 材 牌 号 的 荷 载 位 移 曲 线
Fig.14 Loaddisplacementcurveswithdiferentsteelmarks
由 图 14 可 知 : 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 柱 的 极 限
承 载 力 基 本 随 着 钢 材 强 度 的 提 高 而 增 大 在 弹 性 阶
段 ,4 种 钢 材 牌 号 的 荷 载 位 移 曲 线 基 本 重 合 , 说 明
该 状 态 的 钢 材 强 度 对 其 影 响 甚 微 , 但 进 入 弹 塑 性 工
作 状 态 后 钢 材 强 度 对 其 影 响 较 大 , 其 极 限 承 载 力 则

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南 京 工 业 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ) 第 32 卷
随 着 钢 材 强 度 的 提 高 而 增 大 ; 钢 骨 采 用 Q345 和
Q390 时 的 构 件 延 性 相 对 于 采 用 其 他 钢 材 的 要 好 . 由
于 受 到 混 凝 土 强 度 的 制 约 [10] , 高 强 钢 材 的 强 度 很 难
充 分 发 挥 其 作 用 , 因 此 , 设 计 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T
形 截 面 异 形 柱 时 , 宜 选 用 Q235 或 Q345 系 列 钢 材 .
2.4.7 长 细 比 对 T 形 柱 正 截 面 受 力 性 能 的 影 响
图 15 为 其 他 参 数 按 基 本 模 型 取 值 , 长 细 比 分 别
为 20、25、30、50、655 种 情 况 时 的 荷 载 位 移 关 系
曲 线 .
力 作 用 下 , 当 荷 载 不 超 过 极 限 荷 载 的 90%, 截 面 应
变 基 本 符 合 平 均 应 变 的 平 截 面 假 定 .
4) 在 同 等 条 件 下 , 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 截 面
异 形 柱 的 正 截 面 承 载 力 和 延 性 均 优 于 文 献 [6] 中 的
桁 架 式 钢 骨 混 凝 土 T 形 截 面 异 形 柱 .
5) 蜂 窝 状 钢 骨 混 凝 土 T 形 截 面 异 形 柱 的 正 截
面 极 限 承 载 力 , 随 配 钢 率 、 配 箍 率 、 混 凝 土 强 度 、 钢 材
强 度 的 增 加 而 增 加 , 但 随 长 细 比 、 加 载 角 和 偏 心 距 的
增 加 而 降 低 .
6) 钢 骨 腹 板 开 洞 率 不 宜 超 过 50%, 配 箍 率 不 宜
小 于 20%, 配 钢 率 宜 控 制 在 65% ~100% 之 间 ,
钢 材 选 取 Q235、Q345 为 宜
图 15 不 同 长 细 比 下 构 件 的 荷 载 位 移 曲 线
Fig.15 Loaddisplacementcurvesondiferentslendernesratios
由 图 15 可 知 : 随 着 长 细 比 的 增 加 , 构 件 的 极 限 承
载 力 会 下 降 ; 当 长 细 比 取 20、25、30 时 ,3 条 承 载 力 曲
线 基 本 重 合 , 承 载 力 基 本 无 变 化 ; 当 长 细 比 取 50 时 ,
极 限 承 载 力 开 始 下 降 , 此 时 的 极 限 承 载 力 为 前 述 小 长
细 比 极 限 承 载 力 的 857%; 长 细 比 取 65 时 , 由 于 二 阶
效 应 的 影 响 进 一 步 增 大 , 极 限 承 载 力 进 一 步 下 降 , 其
值 为 前 述 小 长 细 比 极 限 承 载 力 的 696%
综 合 上 述 分 析 可 以 认 为 : 对 于 不 考 虑 初 始 缺 陷
的 短 柱 ( 长 细 比 λ 较 小 (λ