周绪红0919钢管约束混凝土教案资料
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C80混凝土试件的破坏模式：剪切破坏
c-210-3-50-a-235 c-210-3-50-b-235 c-210-3-50-c-235 c-210-3-50-d-235
C50混凝土试件的破坏模式：混凝土压溃破坏
3000
3000
3000
3000
N (kN) N (kN) N (kN) N (kN)
2、圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱
N
位移计 应变片 试件
N
试验参数： 5组20个试件 混凝土强度：C50、C80 钢管径厚比：50、70、100 钢管强度：Q235， Q345
构件模式a 构件模式c
构件模式b
构件模式d (无钢筋)
c-150-3-80-a-235 c-150-3-80-b-235 c-150-3-80-c-235 c-150-3-80-d-235
2000
2000
2000
2000
1000
0 0
c-150-3-80-a-235 钢yi管el屈d 服
1000
0
5000 10000 15000 20000 25000 ε（με）
0
c-150-3-80-b-235 钢y管 ie屈ld服
1000
c-150-3-80-c-235 钢yi管el屈d 服
1000
发展
优势
趋势
高强钢材
不明
显
钢管混凝土：限制宽厚 比，不能充分发挥高强 钢材性能，用钢量大
型钢混凝土：限制轴压 比，不能充分发挥高强 材料性能
1、节点构造复杂，施工困难，节点耗材成为困扰工 程应用的主要问题
2、力学性能可进一步改善
2. 钢管约束混凝土柱
钢管在节点断开,不直接承受荷载,只对核心砼起约束作用
钢筋 砼梁
特点
➢连接方便 ➢约束效果好，抗震性能优越， 轴压比限值高 ➢抗火性能好，无需防火保护 ➢钢管无屈曲问题 ➢充分利用高强混凝土和高强 钢材的强度
钢梁
提高纵筋率，保 证“强剪弱弯”
钢管约束钢筋混凝土柱
可不配钢筋笼， 混凝土浇筑方便
钢管约束型钢混凝土柱
二、圆钢管约束混凝土短柱的轴压力学性能
1、圆钢管约束素混凝土轴压短柱
钢管混凝土 模式a
模式c
试验参数：
加载装置 试验内容：
承载力比较 钢管分隔对承载力的影响
6组18个试件 加载方式：单调与反复 混凝土强度：C70、C75 钢管径厚比：20、26、42 钢管强度：Q345
ccft-133-3-70
c-140-3-70-a
c-140-3-70-c
N /kN N / Nu
133
5.0
399
26.6
0.17
1890 2186
c-133-5-70-c
2514
ccft-140-3-70 c-140-3-70-a c-140-3-70-c
139
3.3
420
42.1
0.10
1851 2046 2330
c-133-5-75-a-1 c-133-5-75-a-2
133
5.0
399
0
1
2
3
4
ε /με
ε/εu
圆钢管约束混凝土延性与钢管混凝土无明显差别
剪切破坏面
均为剪切破坏
组别 c-c-1 c-c-2 m-c-3 m-c-4 m-c-5 m-c-6
承载力对比
试测承载力
简单叠加承载力
试件编号
D
t
L
D/t
(mm) (mm) (mm)
N ue
(kN)
ccft-133-5-70 c-133-5-70-a
N sc
(kN) 1562 1569 1570Байду номын сангаас1422 1450 1429 1613 1628 1675 1853 1868 1860 1508 1490 1495 2204 2204 2207
N ue Nsc
1.210 1.393 1.600 1.302 1.411 1.634 1.455 1.453 1.387 1.206 1.213 1.223 1.406 1.441 1.462 1.451 1.405 1.374
26.6
0.17
2347 2366
c-133-5-75-a-3
2324
c-133-6-75-a-1 c-133-6-75-a-2 c-133-6-75-a-3
133
6.1
399
21.8
0.21
2234 2267 2275
c-140-3-75-a-1 c-140-3-75-a-2
139
3.3
420
42.1
钢管混凝土柱—CF钢ST筋柱混—凝R土C梁梁：外加强环节点
达到
➢达承载力前，对混凝土约束不足
➢达承载力时，钢管易屈曲，延性较低
➢钢管直接承载，防火保护费用高
➢方钢管、高强砼、高轴压比时，更是如此
➢对混凝土约束效应低，抗震性能差 ➢轴压比限值低 ➢框架短柱层间变形能力差
结构
高强砼
传统 组合
材料
结构
0.10
2120 2147
c-140-3-75-a-3
2185
c-160-5-75-a-1 c-160-5-75-a-2
159
5.1
480
31.2
0.14
3198 3095
c-160-5-75-a-3
3031
短柱轴压承载力显著高于简单叠加承载力
圆钢管约束混凝土柱轴压承载力高于钢管混凝土柱
钢管分隔越多，承载力高
腿
加劲肋 排气孔
箍筋贯穿孔
型钢混凝土柱—钢SR筋C混柱—凝R土C 梁梁：纵筋焊接或搭接节点
外侧环梁纵筋 环梁箍筋
环梁纵筋
外侧环梁纵筋
1
梁纵筋
肋钢筋
梁纵筋
内侧环梁纵筋
内侧环梁纵筋
补强钢筋或钢板
1
1-1 剖面
钢管混凝土柱—钢CF筋ST混柱凝—土RC梁梁：穿筋式节点
梁纵筋
上环板
环板
梁纵筋
竖板 下环板
梁纵筋
周绪红20090919钢管约束混凝 土
一、钢管约束混凝土柱的特点
1.传统钢管（型钢）混凝土柱的不足
型钢混凝土柱截面
SRC柱截面
型钢混凝土柱—钢梁节点
柱内型钢
加劲肋
柱纵筋与箍筋 梁纵筋
加劲肋 排气孔
型钢混凝土柱—S钢RC筋柱混—凝R土C 梁梁：纵筋贯通节点
柱内型钢
梁纵筋
加劲肋
柱纵筋与箍筋 梁纵筋
短短钢钢梁梁或或牛牛腿
2500
1.2
骨架曲线对比
归一化骨架曲线对比
2000
1.0
0.8 1500
0.6
1000 500
ccft-140-3-70
0.4
c-140-3-70-a
c-140-3-70-c
0.2
ccft-140-3-70 c-140-3-70-a
钢管屈服
c-140-3-70-c
0
0.0
0
10000
20000
30000
5000 10000 15000 20000 25000 ε（με）
0 0
5000 10000 15000 20000 25000
0 0
ε（με）
钢管屈服点对应于峰值荷载点
c-150-3-80-d-235 钢yi管el屈d 服
c-210-3-50-a-235 c-210-3-50-b-235 c-210-3-50-c-235 c-210-3-50-d-235
C50混凝土试件的破坏模式：混凝土压溃破坏
3000
3000
3000
3000
N (kN) N (kN) N (kN) N (kN)
2、圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱
N
位移计 应变片 试件
N
试验参数： 5组20个试件 混凝土强度：C50、C80 钢管径厚比：50、70、100 钢管强度：Q235， Q345
构件模式a 构件模式c
构件模式b
构件模式d (无钢筋)
c-150-3-80-a-235 c-150-3-80-b-235 c-150-3-80-c-235 c-150-3-80-d-235
2000
2000
2000
2000
1000
0 0
c-150-3-80-a-235 钢yi管el屈d 服
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c-150-3-80-b-235 钢y管 ie屈ld服
1000
c-150-3-80-c-235 钢yi管el屈d 服
1000
发展
优势
趋势
高强钢材
不明
显
钢管混凝土：限制宽厚 比，不能充分发挥高强 钢材性能，用钢量大
型钢混凝土：限制轴压 比，不能充分发挥高强 材料性能
1、节点构造复杂，施工困难，节点耗材成为困扰工 程应用的主要问题
2、力学性能可进一步改善
2. 钢管约束混凝土柱
钢管在节点断开,不直接承受荷载,只对核心砼起约束作用
钢筋 砼梁
特点
➢连接方便 ➢约束效果好，抗震性能优越， 轴压比限值高 ➢抗火性能好，无需防火保护 ➢钢管无屈曲问题 ➢充分利用高强混凝土和高强 钢材的强度
钢梁
提高纵筋率，保 证“强剪弱弯”
钢管约束钢筋混凝土柱
可不配钢筋笼， 混凝土浇筑方便
钢管约束型钢混凝土柱
二、圆钢管约束混凝土短柱的轴压力学性能
1、圆钢管约束素混凝土轴压短柱
钢管混凝土 模式a
模式c
试验参数：
加载装置 试验内容：
承载力比较 钢管分隔对承载力的影响
6组18个试件 加载方式：单调与反复 混凝土强度：C70、C75 钢管径厚比：20、26、42 钢管强度：Q345
ccft-133-3-70
c-140-3-70-a
c-140-3-70-c
N /kN N / Nu
133
5.0
399
26.6
0.17
1890 2186
c-133-5-70-c
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ccft-140-3-70 c-140-3-70-a c-140-3-70-c
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42.1
0.10
1851 2046 2330
c-133-5-75-a-1 c-133-5-75-a-2
133
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399
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1
2
3
4
ε /με
ε/εu
圆钢管约束混凝土延性与钢管混凝土无明显差别
剪切破坏面
均为剪切破坏
组别 c-c-1 c-c-2 m-c-3 m-c-4 m-c-5 m-c-6
承载力对比
试测承载力
简单叠加承载力
试件编号
D
t
L
D/t
(mm) (mm) (mm)
N ue
(kN)
ccft-133-5-70 c-133-5-70-a
N sc
(kN) 1562 1569 1570Байду номын сангаас1422 1450 1429 1613 1628 1675 1853 1868 1860 1508 1490 1495 2204 2204 2207
N ue Nsc
1.210 1.393 1.600 1.302 1.411 1.634 1.455 1.453 1.387 1.206 1.213 1.223 1.406 1.441 1.462 1.451 1.405 1.374
26.6
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c-133-5-75-a-3
2324
c-133-6-75-a-1 c-133-6-75-a-2 c-133-6-75-a-3
133
6.1
399
21.8
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2234 2267 2275
c-140-3-75-a-1 c-140-3-75-a-2
139
3.3
420
42.1
钢管混凝土柱—CF钢ST筋柱混—凝R土C梁梁：外加强环节点
达到
➢达承载力前，对混凝土约束不足
➢达承载力时，钢管易屈曲，延性较低
➢钢管直接承载，防火保护费用高
➢方钢管、高强砼、高轴压比时，更是如此
➢对混凝土约束效应低，抗震性能差 ➢轴压比限值低 ➢框架短柱层间变形能力差
结构
高强砼
传统 组合
材料
结构
0.10
2120 2147
c-140-3-75-a-3
2185
c-160-5-75-a-1 c-160-5-75-a-2
159
5.1
480
31.2
0.14
3198 3095
c-160-5-75-a-3
3031
短柱轴压承载力显著高于简单叠加承载力
圆钢管约束混凝土柱轴压承载力高于钢管混凝土柱
钢管分隔越多，承载力高
腿
加劲肋 排气孔
箍筋贯穿孔
型钢混凝土柱—钢SR筋C混柱—凝R土C 梁梁：纵筋焊接或搭接节点
外侧环梁纵筋 环梁箍筋
环梁纵筋
外侧环梁纵筋
1
梁纵筋
肋钢筋
梁纵筋
内侧环梁纵筋
内侧环梁纵筋
补强钢筋或钢板
1
1-1 剖面
钢管混凝土柱—钢CF筋ST混柱凝—土RC梁梁：穿筋式节点
梁纵筋
上环板
环板
梁纵筋
竖板 下环板
梁纵筋
周绪红20090919钢管约束混凝 土
一、钢管约束混凝土柱的特点
1.传统钢管（型钢）混凝土柱的不足
型钢混凝土柱截面
SRC柱截面
型钢混凝土柱—钢梁节点
柱内型钢
加劲肋
柱纵筋与箍筋 梁纵筋
加劲肋 排气孔
型钢混凝土柱—S钢RC筋柱混—凝R土C 梁梁：纵筋贯通节点
柱内型钢
梁纵筋
加劲肋
柱纵筋与箍筋 梁纵筋
短短钢钢梁梁或或牛牛腿
2500
1.2
骨架曲线对比
归一化骨架曲线对比
2000
1.0
0.8 1500
0.6
1000 500
ccft-140-3-70
0.4
c-140-3-70-a
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ccft-140-3-70 c-140-3-70-a
钢管屈服
c-140-3-70-c
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10000
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5000 10000 15000 20000 25000 ε（με）
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5000 10000 15000 20000 25000
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ε（με）
钢管屈服点对应于峰值荷载点
c-150-3-80-d-235 钢yi管el屈d 服