带缺陷方钢管混凝土框架柱工作性能浅析

惠擎宇

1 概述

钢管混凝土由于其优越的工作性能目前已经得到广泛的工程应用。钢管混凝土受压构件的承载力大大高于钢管和核芯混凝土单独承载力之和。它特别适合轴心受压和小偏心受压。钢管混凝土柱的核芯混凝土由于受到钢管的有效约束，在地震作用下不会像钢筋混凝土柱那样发生保护层破裂剥落而使柱的横截面积严重削弱的现象。但在施工过程中，对混凝土而言属隐蔽性工程，可能会造成钢管混凝土产生缺陷。混凝土在缺陷处发生离析;有时管内空气不能顺利排出亦会在管内造成蜂窝。本文以实际的工程为背景，分析了核芯混凝土在浇筑过程中最可能产生的较大的质量缺陷(浇筑时钢管内环板下容易产生孔洞)出现时钢管混凝土柱的工作性能。

2 模型的建立

本文作者根据某工程裙房结构图，经过一定的简化，利用ANSYS10.0有限元分析软件，建立了一榀三跨六层的方形钢管混凝土柱—工字钢梁框架的三维模型(见图1)。假定首层一根中柱内环板下方混凝土在施工时有缺陷，出现孔洞见图2。

图1 整体一榀框架模型

图2 首层中柱节点

本文中所建立的混凝土缺陷(孔洞)沿横截面每边宽度均为50 mm，沿柱高度方向为30 mm。主要对结构进行了静态非线性分析。在求解时打开大变形开关，程序均运行良好。

提取每个钢管模型最上层单元的节点反力进行分析。即如图3所示为最上层的钢管单元应力。

图3 钢管模型最上层单元节点图

3 钢管单元的应力分析

对核芯混凝土采用d—p模型，在无缺陷和有缺陷状态下，均按罕遇地震时框架承受的水平荷载加载，钢管单元应力随荷载增加变化见表1。

表1 钢管单元应力随荷载增加变化情况

从表1可以看出，混凝土缺陷附近钢管较之无缺陷时有比较明显的应力增长。如果这部分结构是某框架承载力的决定因素，那么混凝土缺陷的存在将影响整个结构的极限承载力。

4 结语

通过分析可以看出，核芯混凝土缺陷的存在使得框架的安全储备降低极大。核芯混凝土缺陷的存在，使得周围钢管单元应力有很大程度的提高，本文所模拟的混凝土缺陷使得钢管所受应力提高了25%以上。这与实际情况所反映的一致，可以充分说明核芯混凝土缺陷的存在会大大降低钢管混凝土柱的承载能力。所以在核芯混凝土浇筑过程中，需要严格要求混凝土的质量，特别是对混凝土的和易性的控制和充分的振捣。

［1］ CECS 28∶90，钢管混凝土结构设计与施工规程［S］.

［2］ GB 50009-2001，建筑结构荷载规范［S］.

［3］ GB 50007-2003，钢结构设计规范［S］.