顧宏偉， 陳 譽(yù)

(福州大學(xué)土木工程學(xué)院， 福建 福州 350108)

0 引言

圓盤鋸切割圓鋼管是一種比較普遍的切割工藝， 不同的切割工藝會(huì)產(chǎn)生不同的缺陷. 由于鋸片偏擺、 機(jī)器反復(fù)振動(dòng)、 墊板損耗、 行程受限鋸多刀和圓鋼管切割滑動(dòng)等因素影響， 使用圓盤鋸切割的圓鋼管會(huì)帶有多種缺陷， 其中槽口缺陷最為典型. 在實(shí)際工程中， 圓鋼管常常由于鋼管切割缺陷的問(wèn)題而被直接更換， 導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)成本增加； 由于圓鋼管切割缺陷的問(wèn)題而進(jìn)行二次切割及拋光， 致使時(shí)間成本增加. 因此， 對(duì)帶有切割缺陷的圓鋼管短柱進(jìn)行力學(xué)性能研究， 從而探索鋼管切割缺陷的容許值具有重要工程意義.

目前， 國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)帶有初始缺陷的鋼管提出了不少探傷方法， 進(jìn)行系列探傷研究[1-3]. 有關(guān)焊管的規(guī)范[4-6]也與時(shí)俱進(jìn)， 但仍然無(wú)法完全避免鋼管缺陷. 為此， 學(xué)者們?cè)诔跏既毕輰?duì)鋼管性能影響方面展開(kāi)大量科學(xué)試驗(yàn)， 取得了一些研究成果. 韓少華等[7]發(fā)現(xiàn)寬厚比以及初始缺陷裂縫長(zhǎng)度對(duì)不銹鋼方鋼管短柱承載力影響較大， 對(duì)其延性和剛度下降速率基本無(wú)影響. 溫曉飛等[8]通過(guò)試驗(yàn)研究了幾何缺陷對(duì)雙向偏壓作用下矩形鋼管混凝土柱受力性能影響. 王志濱等[9-11]研究了不同用途下缺陷對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件的影響. 呂利芹等[12]以人工槽口模擬鋼管的初始缺陷， 得出橫向缺陷對(duì)試件受彎承載力的削減大于縱向缺陷的結(jié)論. 郭展等[13]對(duì)帶初始缺陷的拉擠型GFRP管軸壓性能展開(kāi)了試驗(yàn)研究. 王小平等[14-15]運(yùn)用有限元軟件并參考規(guī)范[16-17]， 確定了中厚壁冷彎方鋼管軸心壓桿穩(wěn)定系數(shù)的初步確定方法. 陳宏遠(yuǎn)等[18]分析了受初始幾何缺陷影響的管線鋼管在內(nèi)壓作用下的非線性屈曲. 于雪松[19]探討了不同GFRP管壁厚度、 不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)、 不同鋼筋配置、 不同纖維纏繞角度、 不同開(kāi)孔位置和不同開(kāi)孔尺寸對(duì)集合缺陷柱力學(xué)性能影響. Liu等[20]通過(guò)對(duì)六角組合柱的研究， 發(fā)現(xiàn)軸壓荷載作用下， 水平切口的柱會(huì)切口封閉而屈曲， 垂直切口的柱會(huì)向外彎曲而屈曲. Chang等[21]和Ding等[22]討論了帶切口缺陷的CFT試件軸壓荷載下的荷載-位移響應(yīng)、 柱強(qiáng)度和約束效應(yīng)， 并對(duì)切口長(zhǎng)度、 切口方向、 混凝土強(qiáng)度和配筋率等進(jìn)行了參數(shù)研究.

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)初始缺陷的研究多局限于構(gòu)件質(zhì)量不均勻、 殘余應(yīng)力以及初始幾何缺陷等， 而帶有切割缺陷的圓鋼管短柱軸壓力學(xué)性能的研究并未見(jiàn)到報(bào)道. 本研究通過(guò)對(duì)帶槽口缺陷的圓鋼管短柱進(jìn)行軸壓性能試驗(yàn)， 分析槽口缺陷高度、 單雙端缺陷以及壁厚對(duì)圓鋼管短柱的破壞模式和極限承載力的影響.

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試件設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)將6根直徑為168 mm， 長(zhǎng)度為6 000 mm， 壁厚為2.5 mm的Q235圓鋼管和6根直徑為168 mm， 長(zhǎng)度為6 000 mm， 壁厚為4.0 mm的Q235圓鋼管使用圓盤鋸切割， 可得到72根直徑為168 mm， 長(zhǎng)度為420 mm， 壁厚為2.5 mm的圓鋼管和72根直徑為168 mm， 長(zhǎng)度為420 mm， 壁厚為4.0 mm的圓鋼管. 從2×72根圓鋼管中篩選出帶槽口缺陷的鋼管， 使用游標(biāo)卡尺對(duì)圓鋼管端部槽口缺陷高度進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量. 根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)的大小進(jìn)行排序并標(biāo)號(hào)， 試件長(zhǎng)度為L(zhǎng)/mm， 直徑為d/mm， 壁厚為t/mm， 圓鋼管短柱兩端分別為A和B， 槽口高度為la/mm， 則另一端槽口高度為lb/mm. 槽口缺陷高度la小于1.5 mm時(shí)， 槽口缺陷幾乎與斷面平齊， 且游標(biāo)卡尺測(cè)量不便， 讀數(shù)趨于0， 故忽略不計(jì). 試件編號(hào)t2.5-la1.94-lb0代表： 長(zhǎng)度為420 mm， 直徑168 mm， 壁厚2.5 mm， 一端槽口缺陷高度1.94 mm， 一端平整的圓鋼管， 即單端缺陷圓鋼管短柱. 試件的幾何參數(shù)見(jiàn)表1.

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)一覽表

續(xù)表1

1.2 試驗(yàn)加載設(shè)計(jì)

試驗(yàn)加載在福州大學(xué)土木工程學(xué)院一號(hào)實(shí)驗(yàn)館進(jìn)行， 加載、 荷載收集與記錄采用5 000 kN壓力試驗(yàn)機(jī)和2 000 kN萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)， 應(yīng)變收集與記錄采用DH3816數(shù)據(jù)采集系統(tǒng). 在加載前， 對(duì)中圓鋼管短柱， 并在圓鋼管短柱的兩端分別完全覆蓋厚鋼端板， 即厚鋼端板邊緣與圓鋼管短柱邊緣最小距離保持在2.5 cm以上， 確保荷載通過(guò)厚鋼端板均勻布置在圓鋼管短柱端部. 在正式加載初期， 采用荷載控制模式對(duì)彈性階段進(jìn)行加載. 隨著荷載不斷增加， 荷載-位移曲線呈線性上升， 當(dāng)荷載-位移曲線出現(xiàn)略微彎曲或荷載達(dá)到60%無(wú)缺陷圓鋼管短柱的極限承載力， 即刻調(diào)換至位移控制模式進(jìn)行加載， 采集更多數(shù)據(jù)點(diǎn)的同時(shí)， 可以更好地穩(wěn)定試驗(yàn)構(gòu)件屈服后塑性階段的卸載， 使得鋼管在屈曲后有更明顯的破壞現(xiàn)象. 在進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試時(shí)， 加載初期采用單調(diào)分級(jí)靜力加載， 每級(jí)加載停留1 min， 使用DH3816采集應(yīng)變. 停機(jī)準(zhǔn)則為： 在位移控制模式下， 隨著試件位移的持續(xù)增加， 其荷載不斷下降， 直至達(dá)到70%的極限荷載或壓力試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)卸載， 即停止試驗(yàn)， 認(rèn)為單個(gè)構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)束.

1.3 試驗(yàn)測(cè)試方案

選取典型的4個(gè)試件進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試， 應(yīng)變布置如圖1所示： 槽口缺陷處布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)， 均貼三向應(yīng)變片； 圓鋼管短柱中部同一水平位置布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)， 且兩個(gè)測(cè)點(diǎn)與圓心的連線夾角為90°， 均貼雙向應(yīng)變片； 無(wú)槽口缺陷的端部布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)并貼三向應(yīng)變片. 編號(hào)t2.5-la0-lb0為無(wú)槽口缺陷圓鋼管短柱， 編號(hào)t2.5-la6.76-lb0為一端兩槽口(槽口H1和槽口H2)圓鋼管短柱， 編號(hào)t2.5-la5.38-lb0、t2.5-la2.40-lb0均為一端槽口缺陷的鋼管.

圖1 應(yīng)變片布置圖Fig.1 Arrangement of strain gauges

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 破壞模式

2.5 mm壁厚的試件呈現(xiàn)兩種破壞模式： 端部槽口缺陷處的凹陷屈曲(見(jiàn)圖2(a))和端部槽口缺陷處的凸起屈曲(見(jiàn)圖2(b)). 4.0 mm壁厚的試件全部產(chǎn)生端部槽口缺陷處的凸起屈曲的破壞現(xiàn)象， 并未發(fā)現(xiàn)有槽口缺陷處的凹陷屈曲的情況.

經(jīng)過(guò)分析可知： 由于槽口缺陷的存在， 荷載最先作用在槽口缺陷處. 隨著荷載的增加， 槽口缺陷處先發(fā)生局部屈曲(見(jiàn)圖2(c))， 這種槽口缺陷的局部屈曲分為兩種： 凹陷屈曲和凸起屈曲. 當(dāng)局部屈曲變形達(dá)到一定程度， 即槽口缺陷高度降低為零， 圓鋼管短柱全截面受壓. 一部分發(fā)生凹陷屈曲的圓鋼管短柱繼續(xù)加載， 端部同一截面上的非槽口缺陷區(qū)域產(chǎn)生凸起屈曲， 同時(shí)鋼管逐漸喪失最大承載能力， 直至全截面屈曲. 另一部分發(fā)生凸起屈曲的圓鋼管短柱繼續(xù)加載， 其凸起屈曲向同一截面上的非槽口缺陷區(qū)域延伸， 直至整個(gè)端部凸起屈曲， 鋼管喪失最大承載能力， 即全截面屈曲.

(a) 凹陷屈曲

(b) 凸起屈曲

(c) 槽口缺陷處局部屈曲

2.2 荷載-位移曲線

由荷載-位移曲線(圖3(a))可知：t4.0-la1.68-lb0、t4.0-la1.98-lb0的初始剛度與t4.0-la0-lb0無(wú)損試件的初始剛度近似相等， 可見(jiàn)在槽口缺陷高度小于0.5t時(shí)， 圓鋼管短柱的初始剛度幾乎無(wú)變化并且極限承載力近似相等. 當(dāng)槽口缺陷高度大于0.5t時(shí)， 圓鋼管短柱的初始剛度大幅減小， 且極限承載力降低. 槽口缺陷高度大于0.5t的圓鋼管短柱初始剛度(見(jiàn)圖3(b))僅僅是編號(hào)t4.0-la0-lb0無(wú)損試件初始剛度的4/10. 帶槽口缺陷的圓鋼管短柱荷載-位移曲線與無(wú)損試件荷載-位移曲線的形勢(shì)保持一致， 且壁厚為4.0 mm的試件都呈現(xiàn)出凸起屈曲的破壞模式.

壁厚為2.5 mm的試件， 無(wú)論單端槽口缺陷(見(jiàn)圖3(c)～(f))還是兩端槽口缺陷(見(jiàn)圖3(g)～(i))， 其初始剛度都大大減小， 帶槽口缺陷的圓鋼管短柱的初始剛度僅僅是編號(hào)t2.5-la0-lb0無(wú)損試件初始剛度的1/10. 其極限承載力大幅降低， 并且當(dāng)槽口缺陷高度大于2t時(shí)(見(jiàn)圖3(f))出現(xiàn)雙峰曲線. 雙峰曲線的出現(xiàn)， 恰好佐證了槽口缺陷對(duì)圓鋼管短柱的影響： 當(dāng)槽口缺陷高度la較小時(shí)， 不斷加載的過(guò)程中， 槽口缺陷處先出現(xiàn)變形， 但不至于屈服. 當(dāng)槽口缺陷高度變形至la=0， 此時(shí)全截面受壓， 直至圓鋼管短柱全截面屈服， 如圖3(c)～(e)所示.

(a) t4.0-la1.68～2.20單端缺陷

(b) t4.0-la2.58～4.82單端缺陷

(c) t2.5-la1.94～2.88單端缺陷

(d) t2.5-la3.00～4.20單端缺陷

(e) t2.5-la4.30～4.96單端缺陷

(g) t2.5-la+b3.88～6.00兩端缺陷

(h) t2.5-la+b6.02～6.50兩端缺陷

(i) t2.5-la+b7.34～9.08兩端缺陷

當(dāng)槽口缺陷高度la>2t時(shí)， 不斷加載的過(guò)程中， 槽口缺陷處未達(dá)到la=0就已經(jīng)局部屈服， 出現(xiàn)第一個(gè)波峰. 試驗(yàn)壓力機(jī)逐漸卸載， 隨著位移的增加，la減小至0， 圓鋼管短柱全截面受壓， 從而試驗(yàn)壓力機(jī)由卸載轉(zhuǎn)為加載， 直至全截面屈服， 出現(xiàn)第二個(gè)波峰， 如圖3(f)所示. 雙峰曲線多存在于凹陷屈曲的破壞模式中， 試驗(yàn)過(guò)程中也存在槽口缺陷處發(fā)生凹陷屈曲的局部屈曲導(dǎo)致的試件喪失整體承載能力的情況， 即荷載加至第一個(gè)波峰后卸載時(shí)試驗(yàn)壓力機(jī)自動(dòng)卸載， 如t2.5-la3.00-lb0.

綜上所述， 荷載-位移曲線分為兩類： ① 與無(wú)損試件曲線形式大致相似的單峰曲線， 記為N； ② 由上升轉(zhuǎn)為下降， 下降一定程度后再次上升， 直至最終下降的雙峰曲線， 記為M. 曲線歸納具體見(jiàn)表1.

2.3 初始剛度-槽口缺陷高度曲線

通過(guò)對(duì)荷載-位移曲線彈性階段的分析與計(jì)算， 得到試件彈性階段的曲線斜率， 記為初始剛度K/kN·mm-1， 具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1.

初始剛度-槽口缺陷高度曲線如圖4所示. 由圖4(a)可知， 單端槽口缺陷的圓鋼管短柱初始剛度相比無(wú)損試件的初始剛度有明顯下降， 且在40～80 kN·mm-1之間波動(dòng). 由圖4(b)可知， 雙端槽口缺陷的圓鋼管短柱初始剛度隨著槽口缺陷高度的增加而減小， 曲線雖有波動(dòng)， 但波幅比單端槽口缺陷的情況小很多; 此外波幅逐漸減小， 由20～50 kN·mm-1向35 kN·mm-1收斂. 由圖4(c)可知， 槽口缺陷高度小于0.5t時(shí)， 試件初始剛度略有下降； 槽口缺陷高度達(dá)到0.5t～0.8t時(shí)， 試件初始剛度大幅下降； 在槽口缺陷大于0.8t時(shí)， 試件初始剛度趨于穩(wěn)定.

綜上所述， 槽口缺陷的存在會(huì)減小圓鋼管短柱的初始剛度. 單端槽口缺陷的圓鋼管短柱，t=2.5 mm試件初始剛度平均減小了67.28%，t=4.0 mm試件初始剛度平均減小了41.11%， 鋼管短柱壁厚越大， 試件初始剛度減小的幅度越小. 兩端槽口缺陷的圓鋼管短柱， 隨著槽口缺陷高度的增加初始剛度越小， 減小幅度逐漸收斂于35 kN·mm-1.

(a) t2.5單端缺陷

(b) t2.5兩端缺陷

(c) t4.0單端缺陷

2.4 延性系數(shù)-槽口缺陷高度曲線

研究采用試件的極限位移Δu與屈服位移Δy的比值作為延性系數(shù)μ， 以探討延性系數(shù)與槽口缺陷高度之間的關(guān)系.Δu取極限承載力對(duì)應(yīng)的位移，Δy利用“割線剛度法”確定， 具體計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.

延性系數(shù)-槽口缺陷高度曲線如圖5所示. 由圖5可知， 槽口缺陷的存在普遍減小了試件的延性系數(shù).t=2.5 mm的圓鋼管短柱延性系數(shù)下降率大約為30%(見(jiàn)圖5(a)、 (b))，t=4.0 mm的圓鋼管短柱延性系數(shù)隨著槽口缺陷高度的增加而減小(見(jiàn)圖5(c)). 試驗(yàn)過(guò)程中也存在延性系數(shù)提高的情況， 此現(xiàn)象多存在于雙峰曲線中或偶有明顯屈服平臺(tái)的圓鋼管短柱. 可見(jiàn)， 槽口缺陷的存在會(huì)小概率使圓鋼管短柱軸壓出現(xiàn)更為明顯的屈服平臺(tái)， 或形成雙峰曲線， 導(dǎo)致延性系數(shù)提高.

由延性系數(shù)下降率可知， 槽口缺陷對(duì)圓鋼管短柱延性的削弱作用在壁厚較大的試件中更為顯著.

(a) t2.5單端缺陷

(b) t2.5兩端缺陷

(c) t4.0單端缺陷

2.5 荷載-應(yīng)變強(qiáng)度曲線

以編號(hào)t2.5-la0-lb0、t2.5-la6.76-lb0、t2.5-la5.38-lb0和t2.5-la2.40-lb0等4個(gè)典型的試件為例， 分析槽口缺陷區(qū)域應(yīng)變強(qiáng)度的變化與規(guī)律， 探討單端多槽口缺陷情況下取槽口缺陷高度最大值的合理性.

通過(guò)典型的4根圓鋼管短柱在測(cè)點(diǎn)C1、C2處的荷載-應(yīng)變強(qiáng)度曲線(見(jiàn)圖6(a)、 (b))可知： 試件處于彈性階段時(shí)， 應(yīng)變強(qiáng)度隨著槽口缺陷高度的增加而增加， 且t2.5-la0-lb0無(wú)損試件的曲線為凸曲線，t2.5-la6.76-lb0、t2.5-la5.38-lb0和t2.5-la2.40-lb0三根曲線均為凹曲線. 由此可知， 彈性階段時(shí)， 應(yīng)力主要集中在槽口缺陷處. 測(cè)點(diǎn)C4處的荷載-應(yīng)變強(qiáng)度曲線均為凹曲線， 如圖6(c)所示. 可見(jiàn)A端的槽口缺陷對(duì)圓鋼管短柱B端的應(yīng)變強(qiáng)度并無(wú)影響.

通過(guò)t2.5-la6.76-lb0試件(見(jiàn)圖6(d))可知： 測(cè)點(diǎn)C1處的應(yīng)變強(qiáng)度高于測(cè)點(diǎn)C6處的應(yīng)變強(qiáng)度， 測(cè)點(diǎn)C5處的應(yīng)變強(qiáng)度高度測(cè)點(diǎn)C7處的應(yīng)變強(qiáng)度； 測(cè)點(diǎn)C1和C5的荷載-應(yīng)變強(qiáng)度曲線在100 kN處發(fā)生突變， 測(cè)點(diǎn)C6和C7的曲線在120 kN處發(fā)生突變. 由此可知， 單端多槽口的情況下， 槽口缺陷高度最大值起著決定性作用， 其應(yīng)變強(qiáng)度最大， 首先發(fā)生局部屈曲， 并向其他槽口缺陷處擴(kuò)散至屈曲， 繼而延伸至整個(gè)截面屈服.

通過(guò)t2.5-la5.38-lb0和t2.5-l02.40-lb0試件(見(jiàn)圖6(e)、 (f))可知： 槽口缺陷上端應(yīng)變強(qiáng)度比下端應(yīng)變強(qiáng)度大. 可見(jiàn)， 槽口缺陷處的屈曲是由槽口缺陷上端向槽口缺陷下端發(fā)展.

(a) C1測(cè)點(diǎn)

(b) C2測(cè)點(diǎn)

(d) t2.5-la6.76-lb0試件

(e) t2.5-la5.38-lb0試件

(f) t2.5-la2.40-lb0試件

由圖7荷載-應(yīng)變曲線可知， 圓鋼管短柱測(cè)點(diǎn)C2y的應(yīng)變大于C2x，C3y的應(yīng)變大于C3x. 故帶槽口缺陷的圓鋼管短柱腹中軸向應(yīng)變大于環(huán)向應(yīng)變， 在應(yīng)變強(qiáng)度分布圖中取測(cè)點(diǎn)C2y和C3y， 如圖8所示. 由圖8可知， 槽口缺陷上端應(yīng)變強(qiáng)度最大， 槽口缺陷下端應(yīng)變強(qiáng)度居第二， 帶槽口缺陷的圓鋼管短柱由槽口缺陷上端屈曲向下端屈曲發(fā)展.

綜上所述， 應(yīng)力集中在槽口缺陷高度最大值處， 使得槽口缺陷上端屈曲并向槽口缺陷下端發(fā)展. 與此同時(shí)， 槽口缺陷高度最大值處的局部屈曲向其他槽口缺陷處擴(kuò)散. 所有槽口缺陷高度降低為零， 屈曲延伸至整個(gè)截面屈服.

圖7 t2.5-la5.38-lb0荷載-應(yīng)變曲線Fig.7 Curves of load versus strain

圖8 t2.5-la5.38-lb0應(yīng)變強(qiáng)度分布曲線Fig.8 Distribution of strain intensity curves

3 軸壓承載力分析

對(duì)于壁厚t為4.0 mm的單端槽口缺陷圓鋼管短柱(見(jiàn)圖9(a))， 在槽口缺陷高度未達(dá)到0.5t時(shí)， 其極限承載力略有波動(dòng)， 考慮到圓鋼管短柱其他初始缺陷、 殘余應(yīng)力等因素的影響， 認(rèn)為極限承載力無(wú)變化. 實(shí)際觀測(cè)時(shí)， 當(dāng)槽口缺陷高度未達(dá)到0.5t時(shí)， 圓鋼管短柱并不會(huì)出現(xiàn)明顯的局部屈服現(xiàn)象， 而是槽口缺陷被壓平， 使得全截面軸心受壓(偶有微微鼓曲， 但并未屈服). 當(dāng)槽口缺陷高度達(dá)到0.5t～0.8t時(shí)， 圓鋼管短柱極限承載力降低5%～10%. 當(dāng)槽口缺陷高度達(dá)到0.8t及其以上時(shí)， 極限承載力降低10%～20%.

對(duì)于壁厚t為2.5 mm的單端槽口缺陷圓鋼管短柱(見(jiàn)圖9(b))， 并未發(fā)現(xiàn)明顯的極限承載力與槽口高度之間的相關(guān)性， 可認(rèn)為極限承載力降低20%～40%. 對(duì)比壁厚t為4.0 mm的圓鋼管短柱發(fā)現(xiàn)， 圓鋼管短柱的壁厚t較大時(shí)， 槽口缺陷高度的增加對(duì)極限承載力的影響較小， 而鋼管壁厚t較小時(shí)， 槽口缺陷高度的增加對(duì)極限承載力的影響較大. 經(jīng)過(guò)分析可知，t=4.0 mm時(shí)， 圓鋼管短柱只有凸起屈服一種破壞模式， 而t=2.5 mm時(shí)， 圓鋼管短柱會(huì)出現(xiàn)凹陷屈服和凸起屈服兩種破壞模式. 但不論t為多少， 當(dāng)槽口缺陷高度大于等于0.8t時(shí)， 圓鋼管短柱的極限承載力至少下降20%. 并且受壁厚的影響， 壁厚t越小極限承載力的下降幅值越大， 下降程度達(dá)到但不限于20%，t=2.5 mm時(shí)， 下降幅值最大可達(dá)到40%.

對(duì)于壁厚t為2.5 mm的兩端槽口缺陷圓鋼管短柱(見(jiàn)圖9(c))， 當(dāng)槽口缺陷高度的平均值小于0.8t時(shí)， 極限承載力下降10%～20%. 當(dāng)槽口缺陷高度的平均值達(dá)到0.8t及其以上， 極限承載力降低20%～40%.

由此可知

(1)

(a) t4.0 mm單端槽口缺陷

(b) t2.5 mm單端槽口缺陷

(c) t2.5 mm兩端槽口缺陷

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)144根圓鋼管短柱的篩選， 挑選出51根帶槽口缺陷的圓鋼管短柱， 對(duì)其進(jìn)行靜力承載性能測(cè)試. 試驗(yàn)結(jié)果及承載力分析可得如下5點(diǎn)結(jié)論.

1) 壁厚較大的帶槽口缺陷的圓鋼管短柱只有一種破壞形態(tài), 即起屈曲， 荷載-位移曲線也只有單峰一種形式； 壁厚較小的帶槽口缺陷的圓鋼管短柱具有兩種破壞形態(tài)， 即凸起屈曲和凹陷屈曲， 荷載-位移曲線也出現(xiàn)單峰曲線和雙峰曲線兩種形式.

2) 槽口缺陷的存在會(huì)減小圓鋼管短柱的初始剛度， 且壁厚較小的圓鋼管短柱初始剛度減小幅度大于壁厚較大的圓鋼管短柱.

3) 槽口缺陷的存在普遍會(huì)減小圓鋼管短柱的延性系數(shù)， 且壁厚較大的圓鋼管短柱延性系數(shù)減小幅度大于壁厚較小的圓鋼管短柱； 槽口缺陷的存在會(huì)小概率使得圓鋼管短柱有更明顯的屈服平臺(tái)或直接形成雙峰曲線， 從而使得試件的延性系數(shù)增大.

4) 帶槽口缺陷的圓鋼管短柱壁厚越小， 其極限承載力的下降幅值越大， 但極限承載力的下降峰值與壁厚無(wú)關(guān).

5) 槽口缺陷高度小于0.5倍壁厚的試件， 其初始剛度、 延性系數(shù)和極限承載力在誤差的允許范圍內(nèi)僅僅略有波動(dòng)， 推薦可以繼續(xù)使用. 槽口缺陷高度大于0.5倍壁厚且小于0.8倍壁厚的試件， 其初始剛度和延性系數(shù)有所減小， 極限承載力減小10%～20%； 槽口缺陷高度大于0.8倍壁厚的試件， 其初始剛度和延性系數(shù)大幅減小， 極限承載力減小20%～40%， 不推薦繼續(xù)使用.