T形型钢混凝土异形柱正截面受力性能分析

【摘要】 利用文献[1]编制的型钢混凝土（SRC）异形柱正截面承载力的有限元计算程序，通过计算得到了各设计因素（包括混凝土强度等级、加载角、配钢率、轴压比）变化时，T形SRC异形柱正截面受力性能的 相关曲线。通过对计算结果的分析，得到了4种设计因数变化时，对T形SRC异形柱正截面受力性能的影响规律。

【关键词】 型钢混凝土，异形柱，受力性能，设计因素

0 引言

利用文献[1]编制的型钢混凝土异形柱正截面承载力的有限元计算程序进行计算，得到了混凝土强度等级、配钢率、加载角、轴压比对T形SRC异形柱正截面受力性能的影响规律。

1.混凝土强度等级对T形SRC异形柱正截面承载力的影响规律

利用自编的有限元计算程序对型钢混凝土T形截面异形柱试件进行计算，得出不同混凝土强度等级的 相关曲线。计算结果见图1计算过程中，截面的配钢率、钢筋配筋率均相同，荷载加载点位置相同，截面尺寸大小完全相同，型钢、钢筋在截面中位置相同，不同的是混凝土的强度等级，三条曲线对应的混凝土强度等级分别为C30、C40、C50。

由图1可见：

1、截面混凝土强度等级的变化对 相关曲线。

2、截面的极限抗弯承载能力随着混凝土强度等级的提高而增大。当轴压力较小（小于界限破坏发生大偏心受压破坏）时，相差不大，随着轴压力的增大截面的抗弯承载能力相差越来越明显。理论上分析主要是因为大偏心受压破坏时，截面的抗弯承载力主要取决于受拉型钢、钢筋的强度，混凝土的抗拉能力低，对构件抗弯承载力的贡献小；小偏压受压破坏时，破坏始自受压区混凝土的压碎，此时，混凝土强度的提高，对构件抗弯承载力的贡献明显增大。因此，在实际工程中，可以考虑采用高强度混凝土，一方面能直接提高构件的承载力，另一方面，高强度混凝土对内部型钢的握裹能力加强，这对提高型钢与混凝土之间的粘结力，使两者保持协同工作十分有利。但随着混凝土强度等级的提高，会变得越来越脆，抗震性能变差，至于超过C60以上的高强度混凝土SRC异形柱的抗震性能如何，有待进一步深入研究。

2.加载角对T形SRC异形柱正截面承载力的影响规律

利用本文程序分析得到的加载角对T形SRC异形柱正截面承载力的影响规律见图2。

分析图2可知，加载角的变化对截面极限承载力的影响比较明显。当加载角为零时，截面在小偏心受压破坏时的极限承载力最小，随着加载角的增大，截面小偏心受压破坏时的极限承载力相应地提高了。80°时的大小偏心界限破坏点很低，主要是由于受压区是腹板，受压的型钢及混凝土面积均较小，而受拉翼缘的型钢面积又比受压腹板型钢的面积大的缘故。在某些特殊情况下，截面的受拉与受压型钢严重不平衡， 相关曲线几乎不会出现拐点，此时适当加大腹板的型钢面积，可以有效地解决这一问题。当加载角超过60°时，虽然极限承载力有所增大，但是大小偏心受压界限破坏的拐点急剧下降，这主要是与加载角方向的截面受力特性和受拉区型钢和钢筋数量有关，即混凝土受压区图形及受压区高度有关。由于在大偏心受压时，存在特定的加载角，其能使大小偏心受压界限破坏的拐点发生突变，所以我们在设计时应尽量避免这个不利加载角，并建议在抗震构造等级为Ⅰ级的建筑物不宜使用T形截面柱。

3.配钢率对T形SRC异形柱正截面承载力的影响规律

由图3可见：

1、配钢率的变化对 相关曲线影响比较明显。

2、在 相关曲线中，构件的正截面承载力随着型钢配钢率的增大而增大，大小偏心受压界限破坏的拐点也在相应的提高，这说明在一定的配钢率范围内，提高截面的型钢配钢率是有效地提高截面极限承载力的途径。但配钢率也不能过分偏大，因为超过某一范围内，其构件的受力性能越接近于钢结构的受力特性，而本文程序是基于一般混凝土结构的受力性能的基础上编写的，根据文献[3]中的理论和实验研究，认为SRC异形柱的截面配钢率在4%-12%是可行的。配钢量太低，低于4%时，与普通RC结构的配钢率相差不大，从而起不到SRC结构提高承载力与抗震性能的目的。

4.结论

利用文献[1]编制的型钢混凝土异形柱正截面承载力的有限元计算程序，分析了各设计因素对T形SRC异形柱正截面受力性能的影响规律，可得到以下结论：

（1）由混凝土强度等级对T形SRC异形柱正截面承载力的影响规律分析表明，提高混凝土强度等级，不仅可有效提高构件的正截面承载力，而且大小偏心受压界限破坏的拐点得到提高。

（2）由加载角对T形SRC异形柱正截面承载力的影响规律分析表明，加载角的变化对构件正截面承载力的影响显著。

（3）由配钢率对T形SRC异形柱正截面承载力的影响规律分析表明，当配钢率在一定范围内时，增大配钢率可有效提高构件的承载力和延性。

（4）由轴压比对T形SRC异形柱正截面承载力的影响规律分析表明，轴压比对构件的 相关曲线的影响显著，随着轴压比的增大， 相关曲线包围的面积减小，构件的延性降低。

参考文献

[1]孙华勇，邵永健，刘凡，殷志文. L形型钢混凝土异形柱正截面承载力的理论研究（Ⅰ）―有限元计算程序编制[J]. 四川建筑科学研究，2009，35（1）

[2]中华人民共和国行业标准. 型钢混凝土组合结构技术规程（JGJ138-2001）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2002

[3]邵永健，陈宗平，薛建阳，赵鸿铁，朱聘儒. 型钢混凝土异形柱轴压力系数限值的试验与理论分析[J]. 建筑结构学报，2007，28（6） ：153-159