王琦等：方钢约束混凝土拱架补强机制研究及应用 ·1143· 800 1.5/x,e.=(1300+12.5f)×10-6,B。= ()a1 1.21+ξ 600 其中，厂为混凝土圆柱体抗压强度，专为约束效应系 数，以上各式中混凝土的抗压强度单位为MPa 1.2试验方案设计 短柱轴压试验设计了两类试件，第一类为普通 200 SQCC短柱，第二类为留设灌浆f孔(GH-grouting holes) SQCC短柱.“SQCC150×8”、“SQCC150×8-GH”分 0.1 0.2 0.3 别表示方钢约束混凝土试件与留设灌浆孔约束混凝 图2加权后心-￡关系曲线 土试件边长为l50mm,厚度为8mm.设计试件高度 Fig.2 Curves of weighted stress-strain 为3倍的方钢管边长，即取450mm;灌浆孔直径 80mm,孔心距离短柱底端225mm,短柱试件参数如 r= 式中，x=￡ 0.80=8.+8002×106,7=1.6+ 图3所示. a (b) 80 150 150 3 日 80 200 200 图3短柱尺寸图（单位：mm).(a)SQCC150×8:(b)SQCC150×8-GH Fig.3 Short column sizes (unit:mm):(a)SQCC150 x8;(b)SQCC150 x8-GH 1.3试验结果分析 1.3.2荷载-位移曲线分析 通过研究短柱轴压试验全过程，对比分析两类短 图5为试件室内试验与数值试验的荷载-位移对 柱变形破坏形态及力学性能，明确灌浆孔对试件的削 比曲线，其中图5(a)为SQCC常规短柱荷载-位移对 弱作用，同时验证数值试验模型及参数的合理性，为进 比曲线，图5(b)为SQCC开孔短柱的荷载-位移对比 一步开展短柱试件关键部位补强数值试验奠定基础. 曲线 1.3.1破坏形态分析 分析可知： 部分试件典型破坏形态如图4所示，对比分析两 ①SQCC及其开孔短柱的室内试验与数值试验曲 种短柱受压失稳后的变形破坏形态. 线具有很好的一致性，且不同短柱的荷载-位移曲线 (1)普通SQCC短柱呈现出腰鼓型的破坏形态. 趋势相似，均经历了弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段 短柱试件在初期加载时无明显的变形特征，随着荷载 和稳定阶段. 的增加，局部钢管壁开始出现剪切滑移线；持续加载至 ②与普通SQCC短柱相比，短柱留设灌浆孔后， 极限荷载的70%左右时，试件表面出现了较为明显的 其屈服强度和极限承载力等都有较大程度的下降 屈曲波波峰：继续加载，短柱变形破坏 1.3.3承载力对比分析 (2)留设灌浆孔后，短柱呈现出明显的多折腰鼓 表1为两种短柱的室内和数值试验极限承载力结 型破坏形态.试验过程中，随着荷载的增加灌浆孔及 果对比，分析可知： 附近位置开始出现应力集中现象，短柱开孔处率先压 ①对比两种短柱的数值试验与室内试验结果，极 扁破坏：继续加载，短柱产生了明显的屈曲波波峰，继 限承载力的差异率最大仅为2.1%，试验结果基本保 而失稳破坏 持一致，证明了数值试验所建模型、材料参数以及荷载王 琦等: 方钢约束混凝土拱架补强机制研究及应用 图 2 加权后 滓鄄鄄着 关系曲线 Fig. 2 Curves of weighted stress鄄鄄strain 式中,x = 着 着0 ,y = 滓 滓0 ,着0 = 着c + 800孜 0郾 2 伊 10 - 6 ,浊 = 1郾 6 + 1郾 5 / x,着c = (1300 + 12郾 5f忆c ) 伊 10 - 6 ,茁0 = (f忆c) 0郾 1 1郾 2 1 + 孜 . 其中,f忆c 为混凝土圆柱体抗压强度,孜 为约束效应系 数,以上各式中混凝土的抗压强度单位为 MPa. 1郾 2 试验方案设计 短柱轴压试验设计了两类试件,第一类为普通 SQCC 短柱,第二类为留设灌浆孔(GH鄄grouting holes) SQCC 短柱. “ SQCC150 伊 8 冶 、“ SQCC150 伊 8鄄GH冶 分 别表示方钢约束混凝土试件与留设灌浆孔约束混凝 土试件边长为 150 mm,厚度为 8 mm. 设计试件高度 为 3 倍 的 方 钢 管 边 长, 即 取 450 mm; 灌 浆 孔 直 径 80 mm,孔心距离短柱底端 225 mm,短柱试件参数如 图 3 所示. 图 3 短柱尺寸图(单位:mm). (a) SQCC150 伊 8; (b) SQCC150 伊 8鄄GH Fig. 3 Short column sizes (unit: mm): (a) SQCC150 伊 8; (b) SQCC150 伊 8鄄GH 1郾 3 试验结果分析 通过研究短柱轴压试验全过程,对比分析两类短 柱变形破坏形态及力学性能,明确灌浆孔对试件的削 弱作用,同时验证数值试验模型及参数的合理性,为进 一步开展短柱试件关键部位补强数值试验奠定基础. 1郾 3郾 1 破坏形态分析 部分试件典型破坏形态如图 4 所示,对比分析两 种短柱受压失稳后的变形破坏形态. (1) 普通 SQCC 短柱呈现出腰鼓型的破坏形态. 短柱试件在初期加载时无明显的变形特征,随着荷载 的增加,局部钢管壁开始出现剪切滑移线;持续加载至 极限荷载的 70% 左右时,试件表面出现了较为明显的 屈曲波波峰;继续加载,短柱变形破坏. (2) 留设灌浆孔后,短柱呈现出明显的多折腰鼓 型破坏形态. 试验过程中,随着荷载的增加灌浆孔及 附近位置开始出现应力集中现象,短柱开孔处率先压 扁破坏;继续加载,短柱产生了明显的屈曲波波峰,继 而失稳破坏. 1郾 3郾 2 荷载鄄鄄位移曲线分析 图 5 为试件室内试验与数值试验的荷载鄄鄄位移对 比曲线,其中图 5( a)为 SQCC 常规短柱荷载鄄鄄 位移对 比曲线,图 5( b)为 SQCC 开孔短柱的荷载鄄鄄 位移对比 曲线. 分析可知: 淤 SQCC 及其开孔短柱的室内试验与数值试验曲 线具有很好的一致性,且不同短柱的荷载鄄鄄 位移曲线 趋势相似,均经历了弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段 和稳定阶段. 于 与普通 SQCC 短柱相比,短柱留设灌浆孔后, 其屈服强度和极限承载力等都有较大程度的下降. 1郾 3郾 3 承载力对比分析 表 1 为两种短柱的室内和数值试验极限承载力结 果对比,分析可知: 淤 对比两种短柱的数值试验与室内试验结果,极 限承载力的差异率最大仅为 2郾 1% ,试验结果基本保 持一致,证明了数值试验所建模型、材料参数以及荷载 ·1143·