外包钢板荷载与纵向应变关系研究

基于试验中实测得到的应变数据情况，本章只对钢板的纵向应变进行分析。关于钢板的横向应变发展可参考文献［70］。

1）试件L－300－100a

图11－14（a）表明试件中①号侧面钢板在加载中前期的应变发展趋势类似。当荷载为1 400kN左右时，侧面钢板的中间区域发生了局部屈曲，部分应变片的压应变减小；两边由于阳角区域的约束力较强，应变的变化趋势还是基本以压应变的增加为主。

⑥号侧面钢板是垂直于加载棒的方向，所以钢板表现出明显的应力梯度（图11－14（b）），越远离加载点位置，钢板的纵向应变变化越缓慢。当荷载为2 000kN左右时，钢板的纵向应变开始出现波动，试件出现内力重分布，钢板受力较为复杂；当钢板的中间区域发生了局部屈曲时，应变片A9、A10的应变开始减小。

⑤号侧面钢板在同级荷载下，其应变明显要大于①号侧面钢板（图11－14（c））。作为靠近加载点侧的钢板，其压应变发展曲线基本没有明显的屈曲拐点；当荷载达到2 100kN后，钢板的压应变快速增加，并进入了屈服阶段。

图11－14　试件L－300－100a中钢板荷载－纵向应变关系曲线

图11－14（d）中E1为靠近外包钢阳角边的竖向应变片，由于阳角边区域的约束较强，钢板一直保持压应变的增长。当荷载达到2 500kN以后，试件不断出现对拉螺栓断裂、焊缝撕裂，试件内力的分布处于不断变化当中，所以应变也处于较大的波动状态。

2）试件L－300－100b

在图11－15（a）中，B2、B3为试件④号侧面钢板中的纵向应变片，越偏向⑤号侧面，钢板的纵向应变越大。A9、A10是③号侧面钢板中间区域的纵向应变片，曲线除了在2 500kN和4 100kN左右时由于对拉螺栓断裂造成的波动外，基本呈现出典型的由弹性阶段进入弹塑性阶段的钢板受压状态。图11－15（b）为⑤号侧面钢板中间高度处3个应变片的应变发展情况，在加载中前期，钢板受力均匀稳定，左中右三处的纵向应变同步发展；当荷载在2 000kN左右时，焊缝一边的应变片B6、B7读数突然减小，但随后钢板又能继续承载。

图11－15　试件L－300－100b中钢板荷载－纵向应变关系曲线

3）试件L－400－100

试件L－400－100中②号侧面和④号侧面钢板均垂直于加载棒方向。图11－16（a）表明②号侧面钢板内部存在明显的应力梯度，越接近加载点，同级荷载下钢板的压应变越大；当荷载达到2 000kN以后，各处应变依次迅速增大，曲线中每个折点都表明此时试件的钢板发生应力突变。④号侧面钢板中的纵向应变表现较为特殊（图11－16（b）），左右两处应变曲线在加载前期基本保持一致，未体现出应力梯度，钢板类似于轴心受压状态；与②号侧面钢板同截面处的纵向应变相比，同级荷载下④号侧面钢板的纵向应变大于②号侧面的A7纵向应变，试件整体仍表现为偏心受压状态；当荷载达到2 000kN时，④号侧面钢板出现局部屈曲的态势，并在3 000kN左右时继续承担荷载直至极限状态。

4）试件T－300－100(www.xing528.com)

图11－17（a）为①号侧面钢板上下两排对拉螺栓之间的荷载－纵向应变关系曲线。由此图可知，在加载前期，下排A4、A5的纵向应变增长速度要大于上排A1、A2的增长速度，这说明①号侧面钢板中不同高度的受力情况并不一致；当荷载达到2 100kN时，所有应变片的压应变读数均开始减少，表明此处钢板开始出现局部屈曲。图11－17（b）为②号、④号侧面钢板的纵向应变，从图中可以看出，越是远离加载点，钢板的应力越小；A9、A10为④号侧面钢板最右边的两处纵向应变，此处应变增长较为同步，应力梯度在此表现不明显。

图11－16　试件L－400－100钢板荷载－纵向应变关系曲线

图11－17　试件T－300－100钢板荷载－纵向应变关系曲线

5）试件T－400－100a

图11－18分别是对称面②号与⑧号侧面钢板（图11－18（a））以及③号与⑦号侧面钢板（图11－18（b））中的纵向应变发展曲线。从图中可以看出，在荷载小于2 500kN时，对称位置处的钢板应变增长保持同步。当荷载达到2 500kN左右时，③号、⑦号钢板相继发生局部屈曲，钢板外边缘的压应变开始减小，但最终钢板仍可继续承担荷载。

图11－18　试件T－400－100a钢板荷载－纵向应变关系曲线

6）试件T－400－100b

B5、B7分别为试件T－400－100b中有代表性的两个纵向应变片。其中，测点B5为⑤号侧面钢板局部屈曲的波峰位置，测点B7为⑥号侧面钢板局部屈曲波形的底部。图11－19（a）表明，当荷载达到3 900kN左右时，钢板的压应变达到屈服应变，钢板进入屈服阶段；当荷载在4 000kN左右时，⑤号侧面钢板发生了局部屈曲。图11－19（b）表明，在加载前期，钢板压应变基本呈线性稳步增长；当荷载达到3 500kN左右时，钢板压应变达到屈服应变，并且由于应变片布置在屈曲波形的底部，外边缘受到上部钢板屈曲波形的挤压，压应变没有减少，而是持续地快速增长。

图11－19　试件T－400－100b钢板荷载－纵向应变关系曲线

通过上述钢板的纵向应变发展可以发现，在试件加载的中后期，当某一板块达到临界局部屈曲应力时，持续增加的荷载会由另一块钢板所提供的承载力逐渐替代；在纵向应变发展上表现为一块钢板的压应变突然减小甚至转为拉应变，但另一块钢板的应变开始加速增长。由于内部砖砌体的侧向膨胀造成了某一块钢板的局部屈曲，从而导致局部钢板的竖向变形突然增加，但是这一竖向变形并不会一直延续，因为其他未发生局部屈曲的钢板能够提供足够的承载力。比如试件L－400－100在荷载达到2 000kN时，可以很明显地观察到②号侧面和④号侧面钢板之间的互补效应。钢板发生局部屈曲的不一致性会导致试件在没有完全发挥出其承载力之前就因为局部变形过大而达到正常使用极限状态进而退出工作。因此，在此类组合柱的加固设计时，应使得各个侧面钢板在外荷载作用下发生局部屈曲的临界应力尽量接近。