基于MCFT方鋼管混凝土柱受剪承載力計(jì)算模型

王震 王景全++劉桐旭

摘要：為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)方鋼管混凝土柱（square concrete filled steel tube，SCFST）受剪承載力，建立了基于修正壓力場(chǎng)理論（modified compression field theory， MCFT）的SCFST受剪承載力計(jì)算模型.該模型通過力的平衡和變形協(xié)調(diào)考慮壓彎剪耦合作用，結(jié)合對(duì)SCFST受剪承載力機(jī)制的分析，推導(dǎo)出了計(jì)算SCFST受剪承載力的一般公式.注意到SCFST在試驗(yàn)中出現(xiàn)了兩種不同的剪切破壞模式，模型分別給出了相應(yīng)的破壞判別條件.利用SCFST受剪承載力計(jì)算模型對(duì)收集到的17根試件進(jìn)行計(jì)算，所得結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好.研究發(fā)現(xiàn)，SCFST受剪承載力計(jì)算模型不僅可以計(jì)算SCFST在壓彎剪共同作用下的受剪承載力，而且可以對(duì)SCFST的破壞模式進(jìn)行判斷，結(jié)果可信，可用于SCFST受剪承載力計(jì)算.

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土；受剪承載力；理論模型；修正壓力場(chǎng)理論；破壞模式

中圖分類號(hào)：TU392.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

方鋼管混凝土（square concrete filled steel tube，SCFST）柱因具有對(duì)建筑布局影響小等優(yōu)點(diǎn)，在高層建筑和空間結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用[1-2].通常認(rèn)為，SCFST柱在進(jìn)行壓彎作用設(shè)計(jì)時(shí)，其受剪承載力能夠滿足設(shè)計(jì)要求而無需進(jìn)行驗(yàn)算[3].但隨著工程實(shí)踐的發(fā)展，在一些情況下，如SCFST結(jié)構(gòu)用作支撐空間網(wǎng)殼的短柱時(shí)[4]，構(gòu)件會(huì)承受很大的剪力，為保證結(jié)構(gòu)安全，需要對(duì)SCFST柱的受剪承載力做出合理準(zhǔn)確的估計(jì).故有必要針對(duì)SCFST柱的受剪承載力進(jìn)行專門研究.

湖南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）2016年

第9期王震等：基于MCFT方鋼管混凝土柱受剪承載力計(jì)算模型

目前，針對(duì)SCFST柱受剪承載力開展的研究還很少.Tomii和Sakino[5]進(jìn)行了40根恒定軸壓下SCFST柱受剪承載力的試驗(yàn)研究，主要考察了軸壓比、剪跨比和截面寬厚比等參數(shù)的影響；堯國(guó)皇[6]利用Abaqus有限元模型分析了SCFST柱在壓、彎、扭、剪及其復(fù)合受力狀態(tài)下力學(xué)性能，并在參數(shù)分析的基礎(chǔ)上給出了承載力的實(shí)用計(jì)算方法；陳宇超[7]借助Abaqus有限元模型討論了不同受力狀態(tài)下矩形鋼管混凝土承載力隨主要參數(shù)的變化規(guī)律；黃勇等[4]進(jìn)行了6根SCFST短柱的無軸力受剪承載力試驗(yàn)，對(duì)試件分別施加水平單調(diào)荷載和往復(fù)荷載，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了有限元模擬；蔡健等[8]進(jìn)行了6個(gè)足尺SCFST柱的受剪承載力試驗(yàn)，分析剪跨比和軸壓比等因素對(duì)試件受剪承載力的影響，并對(duì)試件的受剪性能進(jìn)行了有限元分析；郭淑麗和陶忠[9]進(jìn)行了10根SCFST短柱的受剪承載力試驗(yàn)，重點(diǎn)考察了剪跨比、軸壓比、混凝土強(qiáng)度和鋼管強(qiáng)度等參數(shù)對(duì)SCFST短柱受剪承載力的影響.然而，對(duì)SCFST柱受剪承載力的研究目前仍停留在試驗(yàn)研究和有限元模擬階段，缺乏相應(yīng)的理論計(jì)算模型.本文基于修正壓力場(chǎng)理論（modified compression field theory， MCFT）[10]，建立了可用于計(jì)算壓彎剪作用下SCFST柱受剪承載力的理論模型，并通過與已有試驗(yàn)資料比較，證明了理論模型的正確性.

3結(jié)論

本文基于MCFT建立了關(guān)于SCFST的受剪承載力計(jì)算模型.該模型可以考慮壓彎剪耦合作用，不僅給出了SCFST受剪承載力計(jì)算的一般公式，而且對(duì)SCFST兩種不同的剪切破壞模式進(jìn)行了區(qū)分，分別給出了相應(yīng)的破壞判別條件.通過與收集到的17根試件的試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好，該模型可以用于SCFT在壓彎剪共同作用下受剪承載力的預(yù)測(cè)與破壞模式的識(shí)別.

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