摘 要：根据型钢混凝土(SRC)异形柱的工作机理，对SRC 异形柱的正截面承载力进行非线性数值分析，把型钢和混凝土分别进行单元划分，只考虑混凝土除去型钢所占截面后的净面积，同时在分析中计入钢筋粘结滑移的影响,利用数值迭代法编制了SRC异形柱正截面承载力非线性分析的计算程序，计算结果与试验结果吻合较好。利用该程序对SRC异形柱正截面承载力的变化规律进行了分析，得到了一些重要结论。

关键词：型钢混凝土；异形柱；正截面承载力；非线性分析

中图分类号：TU398
文献标识码：B
文章编号：1008-0422（2007）08-0073-03

收稿日期：2007-06-02
作者简介：周海兵（1971-），男（汉族），湖南岳阳人，研究生。

　　1 引言
　　 与传统的结构体系相比，异形柱框架结构，它的边柱为T形，中柱为十字形，角柱为L形，填充墙与壁柱等厚，室内不出现柱楞，房间美观适用，深受业主欢迎。目前，钢筋混凝土异形柱已经在全国各地得到推广应用。随着科学研究和工程应用的深入，钢筋混凝土异形柱的局限性引起了人们的关注，因受自身截面特点以及材料强度的限制，其承载力十分有限,只适用于多层及小高层异形柱框架结构[1，2]。结合型钢混凝土结构(Steel Reinforced Concrete 简称SRC结构)承载力高、抗震性能好等优点，将其应用于异形柱结构中,有望成为一种新型的混凝土异形柱——型钢混凝土异形柱。目前，国内外对这种新型结构的研究尚不多见，有关文献[3-5]对型钢混凝土异形柱的基本力学性能进行了研究。本文将根据型钢混凝土(SRC)异形柱的工作机理，对SRC 异形柱的正截面承载力进行非线性数值分析，分析中将考虑钢筋粘结滑移的影响。

　　2 非线性分析
　　 不少研究者用数值分析法对钢筋混凝土异形柱及型钢混凝土异形柱构件进行了非线性全过程分析研究，并建立了各种不同形式的N－M－φ模型，归纳起来有数值解法模型和解析解法模型两类。前者包括双线型模型和三线型模型，后者包括有离散型模型和解析表达式表示的模型。这些模型在确定钢筋、型钢及混凝土本构关系时采取的方法如下：①钢筋及型钢按单向受力考虑；②拉区混凝土的强度忽略不计，而压区混凝土的应力一应变关系模型很多，但大多都没有考虑混凝土下降段和箍筋约束的影响。本文在文献[6-8]的基础上,考虑混凝土应力一应变全曲线下降段和纵筋粘结滑移的影响,着重分析了在不同偏心率和荷载角作用下考虑纵筋粘结滑移对截面N－M－φ关系全曲线的影响。采用数值积分方法得到考虑粘结滑移影响的型钢混凝土异形柱的正截面承载力，计算结果与试验吻合良好。
　　 2.1 计算假定
　　 本文采用如下基本假定：①平截面假定；②钢筋及型钢的应力-应变关系采用斜直线加平直线的理想弹塑性模型；③混凝土的应力-应变曲线采用德国人Rǖsh建议的模型；④截面受拉区的拉应力由型钢及钢筋承担,不考虑混凝土的拉应力；⑤由于型钢所占的面积较大，考虑到型钢占去了部分混凝土面积,只取混凝土的净截面计算。
　　 2.2 计算模型及计算方法
　　 2.2.1 坐标系的建立及截面布置
　　 为了研究问题的通用性和保证迭代算法的收敛性，本程序采用两套坐标系统，即对SRC异形柱构件的整体坐标系X O Y 和对型钢的局部坐标系(并且每个型钢均有一个局部坐标系)，如图1所示。同时本程序作了如下一些规定:①对于SRC 异形柱构件的整体坐标系X O Y而言，截面均保证全部落在第一象限内；②对于型钢的局部坐标系而言，型钢截面同样必须保证落在第一象限内。
　　 2.2.2 单元划分
　　 ① 把整个截面混凝土划分为若干个小方格单元(能保证足够的精度)，型钢截面也同样划分为若干个小方格单元，对于纵向钢筋则把每一根纵向钢筋均视为一个钢筋单元。
　　 ② 钢筋单元的应力取其形心处的应力值，合力作用在形心处。
　　 ③ 近似认为混凝土、型钢各小方格单元内的应力分布是均匀的，其数值取小方格四个角处应力的平均值，且合力作用在小方格的几何中心。
　　 ④ 对于处于受拉区的混凝土单元，不考虑其参与受力。
　　 ⑤ 对于与型钢单元、钢筋单元重合的混凝土单元，在计算截面内力时，扣除相应单元的混凝土内力。
　　 2.2.3 基本计算公式及编程(略)
　　 2.2.4 考虑纵筋粘结滑移的N－M－φ曲线(略)

　　3 非线性数值分析结果与试验结果对比
　　 通过本文编制的非线性分析程序计算得到了文献[8]试件的承载力，并与试验结果进行比较，如表1所示，极限荷载计算值与试验值之比的平均值为1.0495，标准差为0.0542，变异系数0.0516，验证了本文非线性分析的计算结果是可靠的。对比文献[8]数值计算结果可知，纵向钢筋的粘结滑移对型钢混凝土异形柱的正截面承载力有一定影响，但并不显著。总体说来，考虑粘结滑移的数值计算结果更接近于试验值。
　　 在此基础上，利用上述程序对型钢混凝土异形柱在同等条件下的不同混凝土强度等级，不同配钢率，不同配钢位置，不同轴压比，不同加载角等的受力性能进行分析，得出了其承载力变化规律。理论分析表明混凝土强度等级、截面型钢配钢率对SRC 异形柱承载力的影响明显。混凝土强度等级越高，承载力越大；型钢配钢率越大，构件承载力越大。
　　 4 结语
　　 型钢混凝土异形柱中包含较多的钢材，承载力高，构件延性好，有利于结构抗震，对进一步深入研究和推广应用混凝土异形柱结构具有十分重要的研究意义和工程实际意义。本文根据型钢混凝土(SRC)异形柱的工作机理,在考虑了钢筋粘结滑移效应的基础上，对型钢混凝土(SRC) 异形柱的正截面承载力进行非线性数值分析，计算结果与试验结果吻合较好。

参考文献：
[1] 林宗凡.异形柱框架的主要技术问题.住宅科技，1996-09：23~25.
[2] 毛礼松，竺润祥.异形柱框架的抗震性能分析.工业建筑，2001，31（9）：23~26.
[3] 陈宗平.格构式钢骨的混凝土异形柱——不对称T形截面正截面承载力研究[D].南宁:广西大学，2004.
[4] 陶洪辉.高强混凝土不对称T形截面双向偏心受压柱正截面强度及变形的研究[D].南宁:广西大学，2000.
[5] 曹万林，樊太，张维斌等.异形截面钢骨混凝土柱抗震性能试验研究[J].世界地震工程，2004，20 (2): 64~68.
[6] 曹万林，王光远.异型柱框架柱单元的非线性变形计算方法.计算力学学报，1997，(11).
[7] Cheng-Tzu，Thomas H Su.Biaxially loaded L-shaped Reinforced Concrete Columns.Journal of Structural Engineering，1985，11(12).
[8] 陈宗平，张喜德，苏益声，赵鸿铁.型钢混凝土异形柱正截面承载力的理论研究.西安建筑科技大学学报，2005，37(3):345~349.
[9] 王社良，陈平.钢筋混凝土双向压弯构件试验研究.西安冶金建筑学院学报，1994，6(2)：16l~166.
[10]姬守中，江欢成，吕西林.双轴反复荷载作用下钢筋混凝土空间框架结构滞回全过程分析.力学季刊，2002，(12).
[11]黄承逵，王丹，崔博.钢筋混凝土异形柱轴压比限制研究.大连理工大学学报，2002，(3).

作者单位:湖南省建筑工程集团总公司