冷弯薄壁型钢房屋组合钢管试验研究

杨倩

【摘 要】冷弯薄壁型钢组合墙体在自攻螺钉失效后，墙体面板失去蒙皮作用，组合墙体承载性能迅速消失，因此有必要对龙骨进行加强，提高其面板失效后的力学性能。本文对不同填充材料的薄壁组合钢管抗弯试验对比，为冷弯薄壁型钢组合墙体龙骨的选择提供相应工程参考。

【关键词】填充薄壁钢管；压弯构件；承载力

0 引言

我国是一个地震多发国，近几年更是地震频发，建筑抗震已经成为结构设计师越来越重视的问题，更抗震的建筑材料也逐渐被人们青睐。单一的木质结构虽然承载力高抗震性能好，但耐火性极差，易腐朽虫蛀，我国木结构材料主要依赖国外进口，造价高。另一方面，国内住宅主要以多层、高层为主，木结构住宅难有大规模发展[1]。单一的钢结构虽然，具有设计制造周期短、设计生产一体化、抗震性能优越、建筑空间布置灵活、有效使用面积大、综合经济效益好等优点[2-3]，但管壁空钢管承载力低，用壁厚的钢管又不经济。

将不同材料按最佳几何尺寸制作成型，使每种材料在所处的特定位置发挥其各自的长处，这种结构称为组合结构，组成的单根构件称为组合构件，组成的结构物，称为组合结构（Composite structures）[4]。因此，本文考虑将钢材与其他材料两者结合起来，使用废弃木头和塑料压缩后填充到薄壁空钢管中，让两者协同工作。使用废弃木头压缩和废塑料压缩不仅节能环保，更加经济实用，还能使该组合结构比薄壁空钢管承载力有所提高，组合结构的耐火性也能得到改善。如果能得到广泛应用，会比单一的建筑材料更经济环保。

1 试件设计及试验装置

本试验所需钢管按照表1中数据加工，为了得到各种钢管材料的力学性能，在试验前进行了金属材料的拉伸试验，试验按照《金属拉伸试验试样》（GB6397-86）取样。方钢管取矩形试样，钢管的端部在车床上刨平，并严格控制方钢管长度。因为管壁较薄，在焊接时避免满焊而采用点焊的焊接方式，但焊点不能过少，以保证一定的稳定性。试件如表1所示。

试验在西南科技大学结构与力学实验室MTS机上进行。在试件中部施加集中力，通过位移计及应变片分别测试试件水平位移及应变。整个试验装置如图1所示。

2 试验结果及分析

2.1 试验破坏现象

通过9个试件的测试发现，试件的破坏形态基本上一致，均为压弯破坏。空钢管中部屈曲现象明显，且失效过程迅速，承载力较低，如图2所示。填充废压缩木料和压缩塑料的构件中部仅有微小变形，承载力较空钢管高，如图3所示。空钢管中部及两端竖直位移距离明显大于填充组合方钢管。

2.2 试件承载力理论计算[5-7]

因目前没有对于填充木材及压缩塑料方钢管的理论计算方法，因此计算参照方钢管混凝土理论计算方法。

（1）LRFD、AIJ规范

LRFD和AIJ规范在计算方钢管混凝土纯弯构件承载力式忽略了混凝土对构件抗弯能力的贡献，仅考虑钢管的作用，采用如下计算公式：

M■=Zf■

式中Z 为钢管截面塑性抵抗矩。

（2）EC4规范

EC4规范按下式计算纯弯构件承载力：（下转第51页）

（上接第28页）M■=f■■/■+Bt（t+d■）

式中d■为截面中和轴距受压区边缘距离，

d■=■

其中，ρ=0.6f■/f■。

（3）GJB规程

我国GJB规程采用如下方法计算方钢管混凝土纯弯构件承载力：

M■=γ■W■f■

式中γ■为抗弯承载力计算系数，γ■=-0.2428ξ+1.4103■，W■为构件截面抗弯模量，W■=B■/6。

3 结论

（1）填充压缩木方及填充压缩塑料后的方钢管比空钢管抗弯性能有所增强，集中荷载下承载力上升。

（2）从塑性角度来看，填充压缩塑料及压缩木材的组合钢管较空钢管更适合应用于工程实际。

【参考文献】

[1]董凌.工业化住宅简述从结构材料和结构类的发展探讨中国工业化住宅发展之路[J].建筑前沿，2010.

[2]张爱林，刘学春.工业化装配式高层钢结构建筑探究（一）[N].中国建设报，2012 -11-27（008）.

[3]张爱林，刘学春.工业化装配式高层钢结构建筑探究（二）[N].中国建设报，2012 -12-27（008） .

[4]安栋.方钢管混凝土共同工作性能研究[D].天津大学，2006.2001.2.20-21.

[5]Weizi Zhang，Bahram M. Shahrooz. Comparison between ACI and AISC for Concrete-Filled Tubular Columns ， Journal of Structural Engineering， 1999， 125（11）： 1213-1223[Z].

[6]Composite Structures / European Convention for Constructional Steelwork. London， New York， Construction Press，1981[Z].

[7]日本建筑学会.钢骨混凝土结构计算标准及解说[M].冯乃谦，等，译.北京：原子能出版社，1998.

[责任编辑：杨玉洁]