[发明专利]一种有内压力和内支撑的钢管柱轴压试验装置及试验方法

说明书

本发明公开一种有内压力和内支撑的钢管柱轴压试验装置及试验方法，包括均匀加压组件、钢管柱、内支撑组件、加载组件、底板、盖板、进水管和出水管；钢管柱和内支撑组件的底部均与底板连接，内支撑组件位于钢管柱内，内支撑组件抵接钢管柱的内壁，钢管柱的顶部与盖板连接，盖板的顶面与加载组件连接，外部轴向加载装置用以对加载组件施加轴向力，加载组件和盖板分别对应设有进水孔和出水孔，进水管通过进水孔与钢管柱内部连通，出水管通过出水孔与钢管柱内部连通，均匀加压组件分别与进水管和出水管连接，均匀加压组件用以向钢管柱内注水，为钢管柱提供侧压力。通过稳压泵和流量阀控制钢管柱内的水压，实现钢管柱所受侧压力大小的调节。

技术领域

本发明涉及钢管柱屈曲性能试验技术领域，特别涉及一种有内压力和内支撑的钢管柱轴压试验装置及试验方法。

背景技术

近些年来，由于钢-混凝土组合结构优越的力学性能和地震耗能能力，被大量应用于高层和超高层建筑当中。典型的构件形式有钢管混凝土柱、钢板混凝土组合剪力墙等，其中钢管混凝土柱在工程中的应用最广泛。国内外学者对各种截面形式的钢管混凝土柱的承载力都做了相应的理论以及试验研究。如今，高强钢材以及高强混凝土也开始应用于钢管混凝土结构当中。然而，高强度材料的出现必然会带来构件截面大小的变化，如钢管壁厚减小，宽度增加等。这些改变使得钢管混凝土外侧钢板的宽厚比也越来越大，钢板局部屈曲的问题也越来越凸显，开始受到工程人员的重视。在工程经济性方面，钢-混凝土组合构件在设计过程中一般都要求钢材及混凝土两种材料的力学性能都能得到充分发挥，钢材要能充分利用其屈服强度。在结构安全性方面，钢板局部屈曲问题的出现会导致构件提前发生破坏甚至整体失效，造成无法挽回的损失和灾难。因此，在工程经济性与结构安全性两方面要求的背景下，对组合结构钢板局部屈曲问题的研究显得十分必要。对钢板局部屈曲特性与屈曲模态进行深入研究，并采取针对性措施避免或延迟钢板局部屈曲的发生，这不仅能产生良好的经济效益，且对于推动钢-混凝土组合结构以及薄壁钢结构在工程中的发展应用也具有重要意义。

如今，国内外学者都开始对钢管混凝土柱中钢板的局部屈曲性能进行研究，主要研究方式局限在理论研究以及有限元数值研究两大方面，取得了一定的研究成果。然而，在现存的这些研究中，基本都局限在理论阶段，缺乏试验研究结果进行论证。研究人员提出的理论模型和数值模型无法和试验数据进行校核，理论研究无法进一步完善。原因在于，国内外都缺乏针对钢管混凝土以及钢板局部屈曲性能进行研究的专门实验装置，这一问题导致研究者对钢管局部屈曲性能进行研究时，难以开展相关试验研究，无法得到充足的变参数试验结果对理论进行支撑和改进，直接制约了钢-混凝土组合结构以及钢结构局部屈曲性能的研究进程。

因此，对钢管混凝土钢板局部屈曲性能的试验装置进行针对性开发，是非常有必要的。研究发现，钢管混凝土中部的钢板在加载过程中极易发生不同程度的局部屈曲现象，混凝土在受力过程中，既起到刚性约束作用，也在横向变形中挤推外包钢板。目前，钢板局部屈曲的相关研究均未定量地考虑混凝土横向膨胀所带来的不利影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种有内压力和内支撑的钢管柱轴压试验装置，本装置通过给钢管柱内部施加均匀的侧向力和刚性支撑，进而研究不同侧向力和轴压作用下钢管柱的单侧约束下局部屈曲性能，可以一定程度地模拟钢管柱中内填混凝土对钢管柱的侧向挤压作用。

本发明的另一目的为，提供一种上述有内压力和内支撑的钢管柱轴压试验装置的试验方法。

本发明的技术方案为：一种有内压力和内支撑的钢管柱轴压试验装置，包括均匀加压组件、钢管柱、内支撑组件、加载组件、底板、盖板、进水管和出水管；

所述钢管柱和内支撑组件的底部均与底板连接，内支撑组件位于钢管柱内，内支撑组件抵接钢管柱的内壁，钢管柱的顶部与盖板连接，盖板的顶面与加载组件连接，外部轴向加载装置用以对加载组件施加轴向力，加载组件和盖板分别对应设有进水孔和出水孔，进水管通过进水孔与钢管柱内部连通，出水管通过出水孔与钢管柱内部连通，均匀加压组件分别与进水管和出水管连接，均匀加压组件用以向钢管柱内注水，为钢管柱提供侧压力。