试件荷载-应变曲线、所有试件荷载-位移曲线,典型试件荷载-位移曲线、整体破坏形态、内部混凝土与内钢管破坏模式分别如图2~图6所示.
图2 试件N-ε曲线
Fig.2 N-ε curve of specimens
试件LDC-2-1X、LDC-2-3S、LDC-2-3X布置的所有应变片均正常采集数据,试件LDC-2-2X只有Z-5和H-8应变片正常采集数据,试件加载过程中荷载-应变(N-ε)曲线如图2(a)~(d)所示.由图2(a)~(d)中空夹层圆试件的N-ε曲线可以看出,试件达到极限承载力后仍然有较高继续承受荷载的能力和良好的延性性能,试件承载能力在达到极限承载力后均没有迅速降低(有较长的延性平台),这是因为,试件达到极限承载力后内部、外部钢管对混凝土的支撑、套箍约束作用更加明显,使得钢管超高强混凝土柱试件继续保持整体受力、协同工作.
图3 试件N-Δ曲线
Fig.3 N-Δ curve of specimens
4个受火后试件N-Δ曲线如图3所示.比较得出,随着试件经历最高温度的增大,试件极限承载力减小,弹性段缩短,弹性模量亦随之降低.
图4 典型试件N-Δ曲线
Fig.4 N-Δ curve of typical specimen
以LDC-2-1X作为受力性能典型试件进行分析,N-Δ曲线如图4所示.可以看出,当轴向荷载较小时,轴向变形较小,N-Δ关系基本呈线性.当施加荷载达到试件极限荷载的75%~85%时,端部的位移变化逐渐加剧,现将N-Δ曲线弹性阶段结束点对应的荷载定义为试件的屈服荷载.试件在所施加的荷载达到屈服荷载后,仍然有较高的承载能力,随着轴向变形的增加,其承载能力也在逐渐增加,并且趋于平缓,表现出较好的延性性能,因此,可以将试件受力过程分为四个阶段:(1)OA段,弹性阶段,钢管与夹层混凝土共同受力,试件全截面受压且整体处于弹性阶段,位移随着荷载的增大而增大,近似线性关系;(2)AB段,弹塑性阶段,随着荷载增加,超过A点之后,位移与荷载不再成正比,而是渐渐加大,荷载-位移成曲线关系,一直到B点;(3)BC段,塑性阶段,荷载超过B点后,位移的增加需要荷载的增加,但相对地说荷载增加很小而位移增加很大,直到最高点C,近似于屈服平台;(4)荷载超过C点后的下降阶段,随着位移的增加,荷载逐渐减小.
图5 试件破坏形态
Fig.5 Failure mode of specimens
由图5可以看出,试件达到破坏状态时表现为钢管局部鼓曲,鼓曲数目为2~3个.试件作用荷载分级施加,当荷载增大到极限承载力80%左右时,伴随内部混凝土局部压碎的声音及外部氧化层脱落,钢管壁出现剪切滑移线,数量随着荷载的增加而逐渐增多,最早在某一不利位置,例如靠近端部有边缘效应影响处,或内部混凝土因受火灾作用而存在缺陷处将首先发生局部鼓曲.试验中最早出现的局部鼓曲大部分位于试件靠近上端板或下端板处,该处局部鼓曲的发展一般较慢,在试件两端发生局部鼓曲后,随着荷载的增大,试件的中部也会出现鼓曲,该鼓曲发展较为缓慢,直至试件破坏.
剥离试件部分外钢管后,可见试件上、下两端钢管鼓曲处超高强混凝土碎裂较为严重,中间鼓曲位置也存在混凝土的局部碎裂,但混凝土仍保持较好的完整性,此外,由内圆管屈曲形态看出,试件存在明显的剪切破坏现象,如图6所示.同时,内套圆管有两处局部凹曲,凹曲位置与混凝土的碎裂位置基本一致,这与文献[3,14]中内套圆管的变形形态不同,上述两文献中内套圆管均未发现局部屈曲变形.试验表明,试件外层钢管每一处鼓曲均是由于内部混凝土的膨胀引起了外钢管局部屈曲所致,外层混凝土碎裂且有很大的挤压流动变形.
图6 典型试件内、外破坏模式
Fig.6 Internal and external failure modes of typical specimens