T形钢管混凝土截面在双向弯矩和轴力联合作用下的相互作用曲线

更新时间:2023-05-28

【摘要】T形钢管混凝土柱由翼缘宽矩形钢管和腹板矩形钢管内填混凝土构成,其中翼缘宽钢管又分成腹板左侧、与腹板相对和腹板肢右侧等三个腔,各腔壁板的宽厚比满足矩形钢管混凝土柱中对宽厚比的限值,因而钢板不发生局部屈曲。按照弹性材料假定确定组合截面的弹性形心主轴;采用截面变形符合平截面假定,钢材为理想弹塑性,并假设混凝土在钢管的约束下混凝土在到达强度标准值后不退化,略去混凝土拉应力,采用计算程序确定了T形钢管混凝土柱(T-CFT)在双向弯矩和轴力作用下形成塑性铰时的极限曲面。计算截面在塑性中和轴平行于翼缘时的轴力-弯矩相关曲线,论证了轴力-弯矩相关曲线的旋转对称性;分析了曲线的特点,根据弹性形心轴和塑性中性轴的相对位置,识别出4个关键点,分别是全截面受压、全截面受拉、塑性中性轴与弹性形心轴重合和塑性中性轴位于翼缘钢管的下表面,计算这4个关键点的轴力和弯矩;计算并且理论分析也表明,当塑性中性轴与弹性形心轴重合时,抗弯承载力达到最大值。根据不同截面宽高比、不同钢材与混凝土强度等级的组合下相关曲线的不同特点,将相关曲线分为两类,分别拟合了轴力和弯矩的相关关系。对于塑性中性轴平行于腹板的情况,存在绕两个形心轴的弯矩,分别画出了轴力与绕两个坐标轴的弯矩的两组相关曲线,这些相关曲线上同样可以识别出5个关键点,分别对应于全截面受拉、全截面受压、塑性中性轴在腹板肢左侧和腹板肢右侧、塑性中性轴与弹性形心轴重合,利用这5个关键点的轴力和弯矩值,拟合了轴力与弯矩相关曲线的两组近似计算公式。对最大抗弯承载力进行了参数分析,结果表明,影响最大抗弯承载力的最大因素是混凝土的分担率,为此拟合了最大抗弯承载力与混凝土分担率的关系曲线。最后,分析了T形钢管混凝土截面在双向弯矩和轴力作用下的相关曲线,考察了给定轴力下绕两个坐标轴的弯矩之间的相关关系曲线,发现相关曲线的左、右、上、下4个极值点的弯矩值对应的塑性中性轴分别平行于坐标轴,基于此特性,利用已经提出的塑性轴平行于坐标轴时的轴力-弯矩相关关系的计算式,可以计算出这4点的弯矩值;根据不同轴力下双向弯矩相关曲线,拟合了双向弯矩相关关系式。通过与大量算例结果的对比,发现该公式精度良好且偏于安全。

【关键词】 钢管混凝土 强度 双向弯矩 轴力 相关关系

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