6第六章 钢管混凝土柱

N / A

sc sc
f
m M / 1.071 mWsc 1 0.4 N / N E f sc 2 V / A f v sc scv 1
2
1.4
当 N / Asc 0.2 1 V / v Asc fscv fsc
曲线①是钢管混凝土长柱 偏心受压强度破坏时截面偏 心力N与杆中挠度的关系。工 作分两个阶段。弹性阶段OA； 弹塑性阶段AB。 曲线②③是当钢管混凝土 长柱长细比λ >12，偏心受压 构件承载力由稳定决定时的 压力N与杆中挠度的关系曲线。 曲线的最高点是偏压构件稳 定承载力的极限。
曲线①是钢管混凝土长柱偏心受压强度破坏 时截面偏心力N与杆中挠度的关系。工作分 两个阶段。弹性阶段OA；弹塑性阶段AB。
p sc
6.钢管混凝土单肢柱组合抗弯弹性模量的计算
Escm K2 Esc
K2－换算系数
7.格构式组合柱的抗侧移刚度B的计算 格构式混凝土组合柱在计算挠度变形时， 必须考虑抗弯刚度的折减
B 0.66 0.94s Escm Isc
γ－实腹柱刚度和格构柱刚度之比，称为刚度折 减系数。
曲线②③是当钢管混凝土长柱长细比λ >12， 偏心受压构件承载力由稳定决定时的压力N 与杆中挠度的关系曲线。曲线的最高点是偏 压构件稳定承载力的极限。
钢管混凝土偏心受压构件的工作性能有其本 身的特点：在接近破坏时，外荷载增量很小， 而变形发展的很快。
和钢构件相比，曲线过B点后平缓的多，说明 由于有紧箍力的作用，不但提高了核心混凝 土的承载力，而且还增加了构件的延性。
V
A
i 1
sc,i
f sc,i 85
ASC，i －第i肢的组合构件截面面积； FSC, i －第i肢的组合构件承载力设计值； n－构件的柱肢数。
3.钢管混凝土压弯或偏心受力构件承载力计 算 （1）单肢钢管混凝土构件承受压，弯，剪及 共同作用时，构件承载力应按下列共识计算。 ①构件的迁都承载力按下列公式计算： 时
其最大值为
pmax 1 As f y f ck 2 Ac f ck
A s fy
c ck
一般我们把 A f 定义为套箍指标。它是确 定钢管混凝土承载力的重要参数。
1. 轴心受压的钢管混凝土短柱（L/D=3~3.5）
钢管混凝土短柱的一次压 缩工作曲线分为三个阶 段: （1）弹性阶段 oa
（2）弹塑性阶段 ab （3）强化阶段 bc’
第六章 钢管混凝土柱
6.1钢管混凝土的特点： 1.承载力高 2.具有良好的塑性和抗震性能 3.施工简单，可以大大缩短工期 4.钢管混凝土柱的耐火性能好于钢柱 5.可安全可靠的采用高强度混凝土
6.2钢管混凝土柱的工作性能
钢管混凝土作为受压构件，其受压时的工 作性能与紧箍力有很大的关系。
p 1 As 2 f ck 2 Ac f ck
8.框架柱和排架柱的计算长度
9.各种因素对构架承载力的影响 （1）混凝土的徐变 （2）混凝土的收缩 （3）环境因素的影响 （4）焊接因素 （5）施工过程中钢管初应力的影响
（二）《钢管混凝土结构设计好人施工规程》 （CECS28:90）承载力设计方法 1.单肢柱承载力计算
N Nu
N u le N 0
f scv 0.385 0.25 1.5 00.125 fsc
（2）.钢管混凝土拉弯构件的承载力应按下 式计算：
N / 1.1As Mf / mWsc fsc f
（3）格构式钢管混凝土构件承受压，弯，剪 及共同作用时，应按下式验算平面内的整体 稳定承载力：
* l *
Ф －轴心受钢管压混凝土构件稳定系数。 稳定系数和混凝土的强度等级基本无关， 主要取决于钢材的强度。 ASC －钢管混凝土构件截面面积； fSC －组合结构强度设计值。
f sc 1.212 B 0 C
2 0
N fsc Asc
f
c
ξ 0－钢管混凝土构件截面的套箍系数设计值
2
时
1.4 2
N / 1.4 Asc f sc M / mWsc f sc V / v Asc f sc 1
②构件的稳定承载力按下列公式验算 当 N / A 0.2 1 时 V / A f f
2 sc v sc scv sc
N / A
sc sc
f
m M / Wsc 1 N / N E f sc
2
1.4
V / v Asc f scv 1
Φ －按换算长细比算得的验算平面内得轴心 受压构件稳定系数。
Asc , Wsc－格构式柱总截面面积和总抵抗矩。
影响钢管混凝土偏心受压构件承载力的两个 重要参数：长细比，偏心率。
6.4钢管混凝土柱的计算和设计 6.4.1圆钢管混凝土柱的计算和设计 圆钢管混凝土柱中的核心混凝土的紧箍效应， 受力性能比矩形钢管混凝土柱好，相比而言 承载力提高最大，也最经济。
（一）《钢－混凝土组合结构设计规程》 （DL/T5085-1999）的承载力设计方法。 1.单肢轴心受压钢管混凝土构件承载力计算
在任何情况下都应满足下列条件： φ 1*φ e* ≤φ 0* φ
* 0
－ 按轴心受压柱考虑的φ
*值 1
3.变形计算 （1）压缩和拉伸刚度
（2）弯曲刚度
EA Ea Aa Ec Ac
EI Ea I a Ec I c
Aa Ia －钢管横截面的面积和对其重心轴的惯性 矩 Ac Ic －钢管内混凝土横截面的面积和对其重心 轴的惯性矩 Ec Ec －钢管和混凝土的弹性模量
4.钢管混凝土轴心受拉构件承载力得计算 Nt≤1.1fAs 5.钢管混凝土单肢柱组合抗压弹性模量的计 算 组合弹性模量 Esc=fscp/εscp
组合比例极限fscp
f (0.192
p sc
fy 235
y 0.488) f sc
组合比例极限应变εscp
0.67 f y / Es
0 s f / fc
f , fc －分别是钢材和混凝土的抗压强度设计 值； B,C－计算系数。 2.格构式钢管混凝土轴心受压构件承载力的计 算 钢管混凝土格构式轴心受压构件承载力验算包 括整体稳定承载力和单肢稳定承载力。当符 合下列条件时，可不再验算单肢稳定承载力。
平腹杆格构式构件：λ 1≤40,且λ 1≤0.5λ MAX 斜腹杆格构式构件: λ 1≤0.7λ MAX 其中λ MAX是构件在X-X和Y-Y方向长细比的较大 值。 格构式钢管混凝土轴心受压的腹杆受剪力按下 式计算： n
时
1.4
2
N / 1.4 A
sc sc
f
m M / mWsc 1 0.4 N / N E f sc
V / v Asc f scv 1

NE －欧拉临界力； WSC －构件截面抗弯矩； βm －等效弯矩系数； γm －构件截面抗弯塑性发展系数； γv －构件截面抗剪塑性发展系数； fscv －钢管混凝土组合抗剪强度设计值。
2.格构柱的承载力计算
NN
* u * * l e
i
* u
* 0
N N
N
* 0
N
1
0i
Nu * －格构柱的整体承载力设计值 N0i －格构柱各肢的轴心受压短柱承载力设计值， 按公式（6.4.24）确定 φ 1* ，φ e* － 考虑长细比影响，偏心率影响的 整体承载力折减系数。
格构柱的界限偏心率应按下列公式计算： （1）对于对称截面的双肢柱和四肢柱：

b 0.5
t
1 t
（2）对于三肢柱和不称截面的多肢柱
2 N 0t t b * 0.5 N0 1 t
5.钢管混凝土柱考虑长细比影响的承载力折 减系数φ 1 对单肢柱： 当le/d>4时
N0 fc Ac (1 )
fa Aa / fc Ac
N－轴向压力设计值； Nu－钢管混凝土单肢柱的承载力设计值； N0－钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计 值；
θ－钢管混凝土的套箍指标；
Fc － 混凝土的抗压强度设计值； Ac Aa－钢管内混凝土，钢管的横截面面积； fa －钢管的抗拉，抗压强度设计值； Φ1φe－考虑长细比影响，偏心率影响的承载力 折减系数。
l 1 0.115 le / d 4
当le/d≤4时 φ 1＝1的 d－钢管外径 le －柱的等效计算长度
对格构柱
1 0.0575 16 当λ * ≤16 取φ 1*=1 格构柱的换算长细比λ * 应按下列公式计算 双肢格构柱 I l （1）当缀件为缀板时 l / 16
2. 轴心受钢管压混凝土长柱 轴心受压混凝土长柱受力性能复杂，与 钢结构相似。存在强度破坏和稳定破坏。 （1）对于长细比小的短柱，破坏是由于钢管 的屈服和混凝土三向受压下的强度破坏所致。 （2）对于长细比大的长柱，其破坏是由于弹性 失稳。 （3）对于中等长度的中柱，其破坏是由于弹塑 性失稳。
3. 偏心受压混凝土长柱
N / Asc 0.2 1 V / v Asc fscv f sc
2
N / Asc fsc M / 1.071 mWsc fsc V / v Asc fsc 1
1.4 2
N / Asc 0.2 1 V / v Asc fscv fsc
M2－柱两端弯矩设计值的较大者
N－轴向压力设计值
对格构柱： 对称截面的双肢柱和四肢柱： （1）当偏心率e0/h≤εb
1 1 2e0 / h
* e
（2）当偏心率e0/h >εb

* e
1
t t 2e0 / h 1
t

三肢柱和不对称截面的多肢柱 （1）当偏心率e0/h≤εb
λ ＝1.0时，核心混凝土因紧箍效应纵向承载 力的提高恰好弥补钢管因异号应力场使纵向 承载力的减小，所以出现了塑性的水平段bc。 λ >1.0时，核心混凝土 承载力的提高超过了 钢管纵向承载力的减小， 出现了曲线上升的 强化阶段bc’。 λ <1.0时，核心混凝土承载力的提高不足以 弥补钢管纵向承载力的减小，曲线出现下降 段。 λ ＝0.4，曲线无塑性段，呈脆性破坏。
1 1 e0 / at
* e
（2）当偏心率e0/h >εb
t 1 t t e0 / ac 1
* e
Байду номын сангаас


εb －界限偏心率，见公式（6.4.40）和



（6.4.41） e0 －柱较大弯矩端的轴向压力对格构柱截面 重心轴的偏心矩， e0＝M2/N，其中e0为柱两 端弯矩中的较大者 h－在弯矩作用平面内的柱肢重心之间的距离 at,ac －弯矩单独作用下的受拉区柱肢的重心， 受压区柱肢的重心至格构柱压强重心轴的距 离 θt －受拉区柱肢的套箍指标，按公式 （6.4.25）计算
（1）斜腹杆组合柱
1 Esc Asc 1 m Es Af
Af －一根腹杆的截面面积 Asc －一根受压柱肢的截面面积 Es －钢材弹性模量 m －系数
（2）平腹杆式组合柱
k5 I上 / I下；k4 H1 / H
L－柱肢中心距 l1－柱肢净间距 If－一根平腹杆的截面惯性矩 Isc－一根柱肢的截面惯性矩 Asc－一根柱肢的截面面积
4.钢管混凝土柱考虑偏心影响的承载力折减系 数φ e
对单肢柱 当e0/rc≤1.55时 e 1/(1 1.85e0 / rc )
e0 M 2 / N
当e0/rc > 1.55时
e 0.4 /(e0 / rc )
e0 － 柱较大弯矩端的轴向压力对构件截面重心 的偏心矩
rc － 钢管的内半径