CN107796579B - 一种钢管混凝土受压本构关系的测试结构及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钢管混凝土受压本构关系的测试结构及使用方法，包括上下相连的一试验段和一加强段，试验段，包括一第一钢管，其内腔浇筑有混凝土，且其内壁面贴覆有聚四氟乙烯薄膜，以消除第一钢管与混凝土之间的摩檫力；加强段，包括一第二钢管，其内腔设有一测力盒，该测力盒包括一承受上部载荷的上端板、一下端板和一第三钢管，该上端板盖设于第二钢管的上端并与第二钢管的上端固接，该下端板与第三钢管的下端固接，第三钢管的上端与上端板固接。本发明能够精确量测组合结构中单侧受约束钢板的荷载‑位移关系，解决了传统试验方法无法精确测得组合结构中钢板所承担荷载的不足，为组合结构中钢板受力行为的研究开拓了一个新思路，具有较佳的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于力学试验技术领域，具体涉及一种钢管混凝土受压本构关系的测试结构及其使用方法。
背景技术
钢-混凝土组合结构由于能够充分发挥钢材和混凝土各自优势，具有承载力高、整体刚度大、自重轻、施工速度快、抗震性能好等优点，目前已成为我国高层建筑最具竞争力的结构形式之一。组合结构中钢与混凝土的组合形式灵活多变，其中一种重要的组合形式是在钢板围成的腔体内填筑混凝土，如近年来迅速发展的双钢板混凝土剪力墙等。在这类组合构件中，由于受到内填混凝土的单侧约束，钢板的局部稳定性能会优于相应钢结构中的钢板，但在较大的压缩变形下，受混凝土单侧约束的钢板仍会发生向外的局部屈曲，使钢板呈现出受压软化行为。作为组合构件的重要组成部分，只有充分认清单侧受约束钢板的受力行为，才能对双钢板混凝土剪力墙等组合构件的整体受力行为有一个清晰的认识。然而，目前传统的试验方法只能测得组合构件的整体荷载-位移关系，而不能直接量测得到钢板在加载过程中所承担的荷载，这给钢板受力行为的研究带来了较大困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢管混凝土受压本构关系的测试结构。
本发明的另一目的在于提供上述钢管混凝土受压本构关系的测试结构的使用方法。
本发明的技术方案如下：
一种钢管混凝土受压本构关系的测试结构，包括
一试验段，包括一第一钢管，其内腔浇筑有混凝土，且其内壁面贴覆有聚四氟乙烯薄膜，以消除第一钢管与混凝土之间的摩檫力；
和一加强段，包括一第二钢管，其内腔设有一测力盒，该测力盒包括一承受上部载荷的上端板、一下端板和一第三钢管，该上端板盖设于第二钢管的上端并与第二钢管的上端固接，该下端板与第三钢管的下端固接，第三钢管的上端与上端板固接；
第一钢管和第二钢管的横截面的形状和及内径的尺寸均相同，且第二钢管的壁厚为第一钢管壁厚的2～3倍以防止第二钢管在加载过程中发生屈曲，第一钢管的上端和第二钢管的下端固接，且连接处设有过渡坡口以缓解应力集中，测力盒的下端板与第一钢管的混凝土的上端相顶抵以将上部载荷均匀传递至混凝土，第三钢管的尺寸使得第一钢管与其中的混凝土在加载过程中的轴向压缩量相同，同时使得第二钢管和第三钢管在加载过程中的轴向应变相同，以保证加强段不会对第一钢管和其中的混凝土的荷载-位移关系产生影响。
在本发明的一个优选实施方案中，所述第二钢管的壁厚为所述第一钢管壁厚的2～2.5倍。
在本发明的一个优选实施方案中，所述测力盒的下端板与第一钢管的混凝土之间设有一砂浆面层。
进一步优选的，所述砂浆面层的厚度为15～25mm。
进一步优选的，所述砂浆面层的厚度为20mm。
在本发明的一个优选实施方案中，所述固接为通过焊接连接。
在本发明的一个优选实施方案中，所述第一钢管和第二钢管的横截面的形状为多边形、圆形或椭圆形。
上述测试结构的使用方法，包括：在所述第一钢管、第二钢管和第三钢管的外壁均匀布置应变片，用于测量各位置的应变，然后进行试验，通过第二钢管和第三钢管的实测轴向平均应变差的大小来判断测力盒的设计是否有效，若判定有效则所述混凝土分担的力可通过所述测力盒直接测得，进而得到第一钢管与所述混凝土的荷载-位移关系，为第一钢管和所述混凝土的受压本构关系的研究提供试验数据。
本发明的有益效果是：本发明的测试结构及其使用方法能够精确量测组合结构中单侧受约束钢板的荷载-位移关系，解决了传统试验方法无法精确测得组合结构中钢板所承担荷载的不足，为组合结构中钢板受力行为的研究开拓了一个新思路，具有较佳的应用前景。
附图说明
图1为本发明的结构剖视图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
如图1所示，一种钢管混凝土受压本构关系的测试结构，包括一试验段1和一加强段2。
试验段1，包括一第一钢管11，其内腔浇筑有混凝土12，且其内壁面贴覆有聚四氟乙烯薄膜13，以消除第一钢管11与混凝土12之间的摩檫力；
加强段2，包括一第二钢管21，其内腔设有一测力盒22，该测力盒22包括一承受上部载荷的上端板221、一下端板222和一第三钢管223，该上端板221盖设于第二钢管21的上端并与第二钢管21的上端通过焊接相连，该下端板222与第三钢管223的下端通过焊接相连，第三钢管223的上端与上端板221通过焊接相连；
第一钢管11和第二钢管21的横截面的形状(多边形、圆形或椭圆形)和及内径的尺寸均相同，且第二钢管21的壁厚为第一钢管11壁厚的2～3倍(优选2～2.5倍)以防止第二钢管21在加载过程中发生屈曲，第一钢管11的上端和第二钢管21的下端通过焊接相连，且连接处设有过渡坡口210以缓解应力集中，测力盒22的下端板222与第一钢管11的混凝土12的上端相顶抵以将上部载荷均匀传递至混凝土12，其中测力盒22的下端板222与第一钢管11的混凝土12之间设有一厚度为15～25mm的砂浆面层14(优选20mm)，第三钢管223的尺寸使得第一钢管11与其中的混凝土12在加载过程中的轴向压缩量相同，同时使得第二钢管21和第三钢管223在加载过程中的轴向应变相同，以保证加强段2不会对第一钢管11和其中的混凝土12的荷载-位移关系产生影响。
上述测试结构的使用方法，包括：在所述第一钢管11、第二钢管21和第三钢管223的外壁均匀布置应变片，用于测量各位置的应变，然后进行试验，通过第二钢管21和第三钢管223的实测轴向平均应变差的大小来判断测力盒22的设计是否有效，若判定有效则所述混凝土12分担的力可通过所述测力盒22直接测得，进而得到第一钢管11与所述混凝土12的荷载-位移关系，为第一钢管11和所述混凝土12的受压本构关系的研究提供试验数据。
上述测试结构的制作方法如下：
(1)制作各组件，然后通过焊接连接第一钢管11和第二钢管21，随后进行退火处理以消除残余应力；
(2)于第一钢管11内壁平整地粘贴一层聚四氟乙烯(PTFE)薄膜13，随后向第一钢管11内浇筑、振捣预先配制好的混凝土12，并预留约10mm的砂浆铺设高度，待养护至一定强度后即可进行测力盒22的安装；
(3)于混凝土12顶面平铺一层20mm高的砂浆面层14，随后及时将预先制作好的测力盒22放于砂浆面层14上压实、焊接即完成本发明的施工。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。
Claims (5)
1.一种钢管混凝土受压本构关系的测试结构，其特征在于：包括
一试验段，包括一第一钢管，其内腔浇筑有混凝土，且其内壁面贴覆有聚四氟乙烯薄膜，以消除第一钢管与混凝土之间的摩檫力；
和一加强段， 包括一第二钢管，其内腔设有一测力盒，该测力盒包括一承受上部载荷的上端板、一下端板和一第三钢管，该上端板盖设于第二钢管的上端并与第二钢管的上端固接，该下端板与第三钢管的下端固接，第三钢管的上端与上端板固接；
第一钢管和第二钢管的横截面的形状和及内径的尺寸均相同，且第二钢管的壁厚为第一钢管壁厚的2~2.5倍以防止第二钢管在加载过程中发生屈曲，第一钢管的上端和第二钢管的下端固接，且连接处设有过渡坡口以缓解应力集中，测力盒的下端板与第一钢管的混凝土的上端相顶抵以将上部载荷均匀传递至混凝土，第三钢管的尺寸使得第一钢管与其中的混凝土在加载过程中的轴向压缩量相同，同时使得第二钢管和第三钢管在加载过程中的轴向应变相同，以保证加强段不会对第一钢管和其中的混凝土的荷载-位移关系产生影响；且测力盒的下端板与第一钢管的混凝土之间设有一砂浆面层，该砂浆面层的厚度为15~25mm。
2.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于：所述砂浆面层的厚度为20mm。
3.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于：所述固接为通过焊接连接。
4.如权利要求1所述的测试结构，其特征在于：所述第一钢管和第二钢管的横截面的形状为多边形、圆形或椭圆形。
5.权利要求1至4中任一权利要求所述的测试结构的使用方法，其特征在于：包括：在所述第一钢管、第二钢管和第三钢管的外壁均匀布置应变片，用于测量各位置的应变，然后进行试验，通过第二钢管和第三钢管的实测轴向平均应变差的大小来判断测力盒的设计是否有效，若判定有效则所述混凝土分担的力可通过所述测力盒直接测得，进而得到第一钢管与所述混凝土的荷载-位移关系，为第一钢管和所述混凝土的受压本构关系的研究提供试验数据。
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