尖端形椭圆钢管混凝土构件压扭复合受力性能分析

王静峰,盛鸣宇,沈奇罕,马贤峰

(1.合肥工业大学 土木与水利工程学院,安徽 合肥 230009; 2.安徽先进钢结构技术与产业化协同创新中心,安徽 合肥 230009)

椭圆钢管混凝土柱截面主要分为圆端形和尖端形2种形式,如图1所示。尖端形椭圆钢管混凝土(oval-ended elliptical concrete-filled steel tubular,OECFST)柱在截面2个方向上具有长、短轴,拥有良好的流线型外形,相比于传统圆形、方形钢管混凝土柱对水流、气流有着更好的折减效应,在特定情况下优势显著,且因其外观良好,在现代建筑设计应用中常受到设计师与工程师的青睐,如马德里机场航站楼、伦敦希思罗机场5号航站楼和都柏林机场航站楼等。

图1 ECFST柱截面形式

目前针对钢管混凝土柱的研究大多集中在圆形、方形钢管混凝土柱,对于OECFST柱,相关研究多集中在轴压、偏压、纯弯等单一受力模式下受力性能的研究。文献[1-2]进行了OECFST长、短柱轴压试验与数值分析;文献[3-4]分析了OECFST柱偏压力学性能;文献[5]进行了OECFST柱受剪性能数值分析;文献[6]对OECFST柱受弯性能进行了数值分析。然而,许多地震损伤表明,实际结构构件往往处于复杂应力状态,如地震中的压缩和扭转荷载。在地震状态下,建筑物的角柱和曲线桥桥墩均处于压扭复合受力状态,如图2所示。

图2 实际工程中的压扭复合受力情形

随着现代建筑结构跨度增大和结构布置不规则数量增多,构件在组合应力状态下极易受到破坏。尽管如此,目前对OECFST柱复合受力性能的研究仍然较少。

本文建立了OECFST构件在压扭复合受力作用下的有限元分析模型,进行了荷载-转角曲线和破坏模式分析,针对钢材强度、混凝土强度、长短轴比、含钢率及截面面积进行了深入的参数分析,探讨了OECFST柱压扭复合受力作用下的承载力。……