《剪力连接件双钢管混凝土极限承载力的试验研究》翻译

1、国际期刊钢结构2013年3月，第13卷，1号，49-54DOI 10.1007/s13296-013-1005-X剪力连接件双钢管混凝土极限承载力的试验研究清水胜1, 史人辰巳2, 石川俊之3, 服部淳3, 河野弘高4 著张洹中 译1博士生，城市管理系，京都大学，京都大学-桂，西京区，东京，615-8540，日本2研究生，城市管理系，京都大学，京都大学-桂，西京区，东京，615-8540，日本3助理教授，城市管理系，京都大学，京都大学-桂，西京区，东京，615-8540，日本4教授，城市管理系，京都大学，京都大学-桂，西京区，东京，615-8540，日本摘要钢管混凝土（CFT）的构件，具有代表

2、一个极好的变形性，由于钢管和混凝土之间著名的限制效应，已经被主要用作桥墩。双钢管混凝土（CFDT），这是由双层钢管和它们之间填充混凝土，作为一个渐进的复合构件，已提议。虽然有很多关于混凝土填充的双钢管混凝土构件的力学特性的报道，但目前还没有得到关于混凝土填充的双钢管混凝土构件的剪切连接件的必要性。在这项研究中，在钢管混凝土之间的接口安装在混凝土填充的双筒钢构件。为了研究剪力连接件对弯曲性能的影响，进行了四点弯曲试验。结果表明，钢管和混凝土的结合，提高其承载能力。此外，本文还讨论了外管和内管的应变。关键词：钢管混凝土双筒钢件，钢管混凝土构件，剪力连接件，滑移，弯曲性能_1、 介绍钢管混凝土构件（

3、CFT）在桥墩的应用已广泛传播（中井和吉川，1984;乙木等，1998;罗德等，1999）。对钢管混凝土构件的具体配置，其中包括将钢管柱混凝土，取得了良好的抗震性能（葛等人，1994; 森下等人，2000）。此外，该钢管被设置在其部分的最外层。这种几何形状使得钢管有效地促进了钢管混凝土构件的抗弯承载力。然而，假定混凝土在中心区域附近的混凝土填充钢管混凝土构件在弯曲条件下的性能不帮助。将一个核心的钢管混凝土构件，其重量可以在强度的减少而降低。先进复合材料构件，混凝土填充双钢管构件具有中空的形状更管设置在其中心的存在（李等人，2012A和2012B）。混凝土填充的双钢管混凝土构件，而不是钢管混凝土

4、构件，可以减轻荷载的基础结构。报道了一批钢管混凝土构件的力学特性研究。填充双钢管构件制成各种形状的钢管混凝土，如圆形或方形管，在内外管、各种直径的管壁厚度的比值或外管的直径比的内部形状的不同组合，进行测试（韩等，2004;韩涛，2006; Uenaka和Kitoh，2011; 魏 等，1995; 赵 和 Grzebieta等人，2002年，2002年b;赵 和Grzebieta，2002;赵 和 韩，2006年）。根据这些结果，所用的钢管混凝土构件在同一外筒的钢管混凝土构件中表现出类似的方式。另一方面，管和混凝土之间的结构完整性的研究是有限的（艾哈迈德等人，2005），而它们之间的滑移可能会引

5、起的弯曲变形。在这项研究中，在管和混凝土之间的接口，这是可能是设置在大多数复合材料的剪切连接器，安装在管和混凝土之间的接口。为研究剪力连接件对钢管混凝土的抗弯承载力的影响，对不同布置的剪力连接件进行了四点弯曲试验。注：-讨论开放至2013年8月1日。本论文的手稿提交的审查和可能发表于2012年6月29日，2013年2月19日批准。©kssc和施普林格出版社2013*相应的作者电话：+ 81（0）75-383-3321；传真：+ 81（0）75-383-3324电子邮件：shimizu.masaru.75wst.kyoto-u.ac.jp表1.最大强度和极限承载能力2.试样及荷载试验2

6、.1试样在这项研究中，共有10个样品制备，如表1。所有的标本通常有1200毫米的长度和190.7毫米的高度。对于钢管混凝土的钢管混凝土试件，钢管直径为190.7毫米，厚度为5.3毫米的使用。钢管混凝土填充钢管混凝土，钢管混凝土钢管，钢管混凝土钢管，钢管直径42.7毫米，厚度2.3毫米。为了消除混凝土与钢管之间的摩擦，将油应用于外管内外表面的内表面。图1.剪力连接件位置注：Deformed reinforcing bar：变形钢筋shear spans：剪跨变形钢筋，有足够的能力，以防止管和混凝土之间的滑移，已焊接到钢/混凝土界面：内表面的外管外表面的内管。将混凝土放在外钢管与内钢管之间。同时，

7、在同一环境条件下，在同一环境条件下，在同一环境条件下，对所有试件进行了60次的混凝土。钢筋作为抗剪连接件不同的安排如下：外管的内表面用CFDT-O和CFDT-Os表示，内管的外表面用CFDT-I 和 CFT-Is表示，外管和内管用CFDT-OI 和 CFDT-OIs表示和无剪切连接器用CFDT-n。最后一个字符“S”表示试样剪力连接件放在剪跨范围内，如图1（b）。2.2材料混凝土圆柱体是由同一混凝土与混凝土填充的双钢管混凝土试样，并在相同的时间和环境条件。混凝土的平均抗压强度，fc'，从标准气缸试验得到为35.5兆帕。钢管都是日本工业标准stk400具有235 MPa和400 MPa抗

8、拉强度保证屈服应力。平均偏移强度，0.2，用标准拉伸试验方法测定了389MPa。变形钢筋的平均屈服强度，fsy，为295MPa。2.3荷载试验探讨弯曲行为的差异，进行四点荷载试验。测试设置的示意图如图2所示。在这个测试中，剪切跨度为400毫米和负载对称施加对称。支撑点和加载点的制造在半圆形，所施加的荷载能均匀分布在节。如图3所示，加载速率为2kN/s。卸载过程进行每100 kN。在试验过程中，测量了在中跨中的挠度和轴向和周向应变的外钢管。双轴测点的应变片也在图2。在四或八点的位移传感器测量了混凝土和外管和内管之间的相对位移，如图2所示。图2.试验装置示意图（单位：毫米/mm）注：Applied

9、 load：荷载 Deflection：挠度 Biaxial strain gages：双轴应变计 Clip gage：夹片 Jig：夹具 Specimen：试样图3.加载进度注：Loading：加载 Unloading：卸载Up to failure：建立失败3.测试结果与讨论3.1.最大载荷在CFDT-n和CFDT-OI系列跨中施加的载荷与变形之间的关系如图4所示。从这个图，它是清楚的认识到CFDT-OI系列最大载荷高于CFDT-n而在抗弯刚度没有差异，可以在早期加载阶段中可以看出。每个试样的最大载荷都在表1中列出。试样的抗剪连接件均表现出较高的承载能力比CFDT-n。即，CFDT构件的承

10、载能力可以通过安装剪力连接件得到改善。此外，图4显示CFDT-OI最大负荷高于CFDT-OIs，抗剪切连接仅在该内管的剪跨放置，和同样的趋势可以从CFDT-O和CFDT-I系列看到结果。这种差异是由于放置在纯弯曲跨度钢筋条的存在。在最大负荷cfdt-n和其他之间的差异，如图5所示。然后，在CFDT-O和Os，I和Is，OI和OIs之间的最大负荷的差异，在填充区表示，应该是钢筋在纯弯曲跨度极限强度的贡献。特别是，在CFDT-Os和CFDT-n之间的最大负荷差高于CFDT-Is和CFDT-n。因此，似乎在承载能力更好的改善可以通过安装剪力连接到所述外管比内管来实现。图4.施加载荷和挠度的关系。图5

11、.最大负荷的差异与CFDT-A或CFT-A作为在混凝土，钢管和钢筋，如图6所示的应力分布的假设，从每个试样的全塑性时刻计算的极限强度 Pu 也列在表1。全塑性弯矩 Mp 由以下方程估算。（Uenaka和Kitoh，2011）图6.应力分布的假设注：concrete：混凝土outer steel tube：外钢管inner steel tube：内钢管rebar：钢筋其中，K为具体的折减系数，Do和Di分别是外部和内部的钢管的外径，在图6中，o和i为中心的角度，to和ti分别是外钢管和内钢管的厚度。作为钢筋的截面面积。ZO和ZI是钢筋放置在外管和内管、杆之间的距离，分别表示如下式中，ds为钢筋的

12、直径。如表1所列，所有测试结果均显示出较高的负载量而不是估计的极限强度。对于那些剪力连接件，测试结果和估计的极限载荷之间的比值为1.201.28，试样无剪力连接件为1.17。3.2变形性在中跨负载与挠度之间获得关系示于图4所示。所有的曲线在弹性区域内几乎是相同的。当加载了400kN，观察CFDT-n标本大挠度。这是因为，CFDT-n的刚度由于致命混凝土裂纹的发展降低。另一方面，在CFDT-O刚度的降低，是I和OI没有这么多的CFDT-n。假定剪力连接件均匀地分布在张拉区的混凝土裂缝，并保持所有裂缝小。图7显示了在中间跨度的横截面的轴向应变分布。CFDT-n的应变分布，CFDT-O和OS都是相互

13、没有太大的不同300 kN载荷下。对于400kN施加载荷的CFDT-n时应变大大发展，由于刚度的降低和CFDT-n的中性轴位于钢管中心。然而，CFDT-O和OS的应变仍在400kN载荷下变小。这是因为他们在压缩区域的刚度得到了改善，在填充混凝土中的剪力连接件可以防止。此外，尽管CFDT-Os不再具有在纯弯曲跨度抗剪连接，CFDT-Os的应变分布是非常相似的CFDT-O而不是CFDT-n。结果表明，剪力连接件即使只是放置在剪切跨距剪力连接件有足够的效果，以增加其变形性。图7.跨中截面轴向应变分布3.3钢管和混凝土之间的滑移混凝土和外管或内管之间的相对位移测量试样的末端。位移传感器得到的每个相对位

14、移，如图2所示。图8显示了关系施加的载荷和滑动之间的CFDT-n和CFDT-OI测量。对于CFDT-n，混凝土和外管在弹性阶段是正比于所施加的负载之间的滑移。当载荷达到350kN，这相当于大约于CFDT-n的弹性极限载荷，滑移突然增加。与此相反，在CFDT-OI试样混凝土和外管之间的滑动示出弹性行为，直到施加载荷的大约500kN尽管在试样的塑料负载之中。此外，混凝土和内管之间的滑移几乎为零，直到混凝土和外管之间的滑移发生。图8.外加载荷与滑移的关系3.4钢管应变图9（a）表示在跨中的压缩边缘测量外管的轴向应变的增长。如该图呈现，在压缩区域中的轴向应变可以通过设置剪力连接被减小。此外，CFDT-

15、O至少表明压缩应变。这是由于拉应力可以通过剪切连接件防止滑出具体的诱导。同样，对内管的轴向应变在跨中的压边测量，CFDT-I表明由于上述拉应力最大拉应变，如图9（b）。为CFDT-OI，两管进行少量的拉应力。压缩应变的改进可以控制钢管局部屈曲的发展。4结论在这项研究中，为了研究的混凝土填充的双钢管混凝土构件的剪切连接器的行为，进行了加载测试。根据测试结果，主要结论如下：（1） 通过安装在钢管上的剪力连接件，钢管混凝土的承载能力比没有剪力连接件高。通过将附加剪力连接件的承载能力提高为981kN。将剪切连接件放在两个钢管的外部和内部，是提高承载能力的最有效的方法。（2） 安装在外管上的剪切接头，可

16、以在压缩边缘处减少应变。这种改进可以控制外管局部屈曲的发展。（3） 填充双钢管混凝土剪力连接件，尤其是CFDT-OI，具体实现了完整的复合作用。此外，剪切连接器连接的剪切跨度也可以提供部分的改进。参考文献（1） Ahmed, A. S., Ayman, H. H. K., and Osamma, H. A. W. (2005). “Response of concrete filled double skin steel tube columns to axial loads.” Proc. 11th International Colloquium on Structural and Geo

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