钢管混凝土叠合柱偏心受压承载力的计算方法_郭全全
偏心受压构件承载力计算
轴心受压构件承载力计算一、偏心受压构件破坏特征偏心受压构件在承受轴向力N和弯矩M的共同作用时，等效于承受一个偏心距为e0=M/N的偏心力N的作用，当弯矩M相对较小时，e0就很小，构件接近于轴心受压，相反当N相对较小时，e0就很大，构件接近于受弯，因此，随着e0的改变，偏心受压构件的受力性能和破坏形态介于轴心受压和受弯之间。
按照轴向力的偏心距和配筋情况的不同，偏心受压构件的破坏可分为受拉破坏和受压破坏两种情况。
1.受拉破坏当轴向压力偏心距e0较大，且受拉钢筋配置不太多时，构件发生受拉破坏。
在这种情况下，构件受轴向压力Ｎ后，离Ｎ较远一侧的截面受拉，另一侧截面受压。
当Ｎ增加到一定程度，首先在受拉区出现横向裂缝，随着荷载的增加，裂缝不断发展和加宽，裂缝截面处的拉力全部由钢筋承担。
荷载继续加大，受拉钢筋首先达到屈服，并形成一条明显的主裂缝，随后主裂缝明显加宽并向受压一侧延伸，受压区高度迅速减小。
最后，受压区边缘出现纵向裂缝，受压区混凝土被压碎而导致构件破坏（图4.3.1）。
此时，受压钢筋一般也能屈服。
由于受拉破坏通常在轴向压力偏心距e0较大发生，故习惯上也称为大偏心受压破坏。
受拉破坏有明显预兆，属于延性破坏。
2.受压破坏当构件的轴向压力的偏心距e0较小，或偏心距e0虽然较大但配置的受拉钢筋过多时，就发生这种类型的破坏。
加荷后整个截面全部受压或大部份受压，靠近轴向压力一侧的混凝土压应力较高，远离轴向压力一侧压应力较小甚至受拉。
随着荷载逐渐增加，靠近轴一侧混凝土出现纵向裂缝，进而混凝土达到极限应变εcu被压碎，受压钢筋的应力也达到f y′，远离一侧的钢筋可能受压，也可能受拉，但因本身截面应力太小，或因配筋过多，都达不到屈服强度（图4.3.2）。
由于受压破坏通常在轴向压力偏心距e0较小时发生，故习惯上也称为小偏心受压破坏。
受压破坏无明显预兆，属脆性破坏。
3.受拉破坏与受压破坏的界限综上可知，受拉破坏和受压破坏都属于“材料破坏”。
4.3偏心受压构件承载力计算
4.2 轴心受压构件承载力计算一、偏心受压构件破坏特征偏心受压构件在承受轴向力N和弯矩M的共同作用时，等效于承受一个偏心距为e0=M/N的偏心力N的作用，当弯矩M相对较小时，e0就很小，构件接近于轴心受压，相反当N相对较小时，e0就很大，构件接近于受弯，因此，随着e0的改变，偏心受压构件的受力性能和破坏形态介于轴心受压和受弯之间。
按照轴向力的偏心距和配筋情况的不同，偏心受压构件的破坏可分为受拉破坏和受压破坏两种情况。
1.受拉破坏当轴向压力偏心距e0较大，且受拉钢筋配置不太多时，构件发生受拉破坏。
在这种情况下，构件受轴向压力Ｎ后，离Ｎ较远一侧的截面受拉，另一侧截面受压。
当Ｎ增加到一定程度，首先在受拉区出现横向裂缝，随着荷载的增加，裂缝不断发展和加宽，裂缝截面处的拉力全部由钢筋承担。
荷载继续加大，受拉钢筋首先达到屈服，并形成一条明显的主裂缝，随后主裂缝明显加宽并向受压一侧延伸，受压区高度迅速减小。
最后，受压区边缘出现纵向裂缝，受压区混凝土被压碎而导致构件破坏（图4.3.1）。
此时，受压钢筋一般也能屈服。
由于受拉破坏通常在轴向压力偏心距e0较大发生，故习惯上也称为大偏心受压破坏。
受拉破坏有明显预兆，属于延性破坏。
2.受压破坏当构件的轴向压力的偏心距e0较小，或偏心距e0虽然较大但配置的受拉钢筋过多时，就发生这种类型的破坏。
加荷后整个截面全部受压或大部份受压，靠近轴向压力一侧的混凝土压应力较高，远离轴向压力一侧压应力较小甚至受拉。
随着荷载逐渐增加，靠近轴一侧混凝土出现纵向裂缝，进而混凝土达到极限应变εcu被压碎，′，远离一侧的钢筋可能受压，也可能受拉，但因本受压钢筋的应力也达到f身截面应力太小，或因配筋过多，都达不到屈服强度（图4.3.2）。
由于受压破坏通常在轴向压力偏心距e0较小时发生，故习惯上也称为小偏心受压破坏。
受压破坏无明显预兆，属脆性破坏。
3.受拉破坏与受压破坏的界限综上可知，受拉破坏和受压破坏都属于“材料破坏”。
偏心受压柱承载力计算公式
偏心受压柱承载力计算公式偏心受压柱是指在承受压力时，压力作用点与截面几何中心之间存在一定的偏心距离。
在工程领域中，偏心受压柱常见于建筑物的柱子、支撑柱等结构中。
偏心受压柱的承载力计算公式是工程设计中非常重要的一项计算，它能够帮助我们确定柱子能够承受的最大压力，从而确保结构的安全性。
在计算偏心受压柱的承载力时，通常会使用弯矩-轴力相互作用的公式。
一般来说，偏心受压柱的承载力计算公式可以表示为：Nc = P/Ac + Mc/Wc其中，Nc表示偏心受压柱的承载力，P表示作用在柱子上的压力，Ac表示柱子的截面面积，Mc表示作用在柱子上的弯矩，Wc表示柱子的截面模量。
在实际应用中，偏心受压柱的承载力计算公式还需要根据具体的情况进行一些修正。
比如，在计算时需要考虑柱子的弯曲刚度，以及柱子是否受到了侧向屈曲的影响。
为了更好地理解偏心受压柱的承载力计算公式，我们可以通过一个简单的例子来说明。
假设某栋建筑物的支撑柱的截面面积为Ac，截面模量为Wc，偏心距离为e，作用在柱子上的压力为P，作用在柱子上的弯矩为M。
根据偏心受压柱的承载力计算公式，我们可以得到柱子的承载力Nc = P/Ac + Mc/Wc。
如果柱子的承载力超过了设计要求的压力P，那么这个柱子就可以满足设计需求。
但是，在实际应用中，我们还需要考虑柱子是否会受到侧向屈曲的影响。
如果柱子的高度较大，那么它可能会在承受压力时发生侧向屈曲，这将降低柱子的承载力。
为了避免柱子发生侧向屈曲，我们可以采取一些措施，比如增加柱子的截面尺寸、增加柱子的截面模量等。
这样可以提高柱子的抗弯刚度，从而增加柱子的承载力。
偏心受压柱的承载力计算公式是工程设计中非常重要的一项计算。
通过合理地使用这个公式，我们可以确定柱子能够承受的最大压力，从而确保结构的安全性。
同时，在实际应用中，我们还需要考虑柱子是否会受到侧向屈曲的影响，以采取相应的措施提高柱子的抗弯刚度。
这样能够有效地增加柱子的承载力，保证结构的稳定性。
钢筋砼偏心受力构件承载力计算
Nu(kN)
1000 800 600 400 200
0
受压破坏
B
A
界限破坏
受拉破坏
10 20 30 40
利用M-N相关曲线寻找最不利内力：
• 作用在结构上的荷载往往有很多种，在结构设 计时应进行荷载组合；
• 在受压构件同一截面上可能会产生多组M、N 内力他们当中存在一组对该截面起控制作用；
• 这一组内力不容易凭直观多组M、N中挑选出 来，但利用N-M相关曲线的规律，可比较容易 地找到最不利内力组合
As先屈服，然后受压混凝土达到c,max,
As f y。
受拉破坏 (大偏心受
压破坏)
N
cmax1
cmax2
cu
ei N
ei N
sAs
f yAs
sAs
f yAs
(a) N
(b)
(c)
N的偏心较小一些或N的e0大，
然而As较多。 截面大部分受压
受
而少部分受拉，荷载增大沿构 件受拉边一定间隔将出现垂直
ei+ f = ei(1+ f / ei) = ei
=1 +f / ei
…7－6
––– 偏心距增大系数
ei N
af ei
f
N
图7-9
l
2 0
10
1
f
cu y
h0
规范采用了的界限状态为 依据，然后再加以修正
1 1
1 4 0 0 ei
(
l0 h
)2
1
2
h0
…7－7
式中： ei = e0+ ea
短柱 中长柱 细长柱
––– 材料破坏 ––– 失稳破坏
钢管混凝土承载力计算
4L / D
矩形钢管混凝土：
D、B 分别为圆钢管截面外径或矩形钢管截面长边长和矩形钢管截面短边长， L
是柱的计算长度，具体按支撑条件确定。
（赵鸿铁. 钢和混凝土组合结构[M]. 北京. 科学出版社）
1. 轴心受力构件
根据结构的长细比、含钢率、钢材屈服强度和混凝土强度，查找钢管混凝
土柱的稳定系数 表，（韩林海，杨有福. 现代钢管混凝土结构技术(第2版)
1ckckscy???????对于矩形钢管混凝土对于圆形钢管混凝土fff??参考韩林海杨有福现代钢管混凝土结构技术钢管混凝土短柱的极限轴压承载力可表述为钢管混凝土短柱的极限轴压承载力可表述为
二．钢管混凝土承载力计算
1. 轴心受力构件 2. 偏心受力构件 3.
格构式构件
1. 轴心受力构件
对于钢管混凝土，约束效应系数是一个非常重要的因数 不同的约束效应系数钢管混凝土的应力-应变曲线有不同的变 化趋势。
(2.3ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3)
3. 格构式构件
3. 格构式构件
各肢柱的局部稳定如果满足以下条件，可不进行验算。
1 max 分别为构件在x-x和y-y方向上的换算长细比的较大值； 其中，
l1 I sc /
I sc
A
sci
为肢柱的截面惯性矩。
格构柱的缀件，应承受下能列剪力中之较大者，剪力v值可认为沿格构柱全 长不变： 1. 实际作用于格构柱上的横向剪力设计值； 2.
格构式柱分为平腹式格构式柱和斜腹式格构式柱，如图3。
图3.平腹式格构式柱和斜腹式格构式柱
3. 格构式构件
N 0 Asc f sc
偏心弯矩为：
(2.3.1)
(2.3.2)
M N 0 e0
偏心受压构件正截面承载力计算方法
第 四讲 教学目标:
偏心受压构件正截面承载力计算方法; 1. 偏心受压构件正截面承载力计算方法; 了解钢筋混凝土受拉构件的破坏特征; 2. 了解钢筋混凝土受拉构件的破坏特征; 理解钢筋混凝土受拉构件的受力特点; 3. 理解钢筋混凝土受拉构件的受力特点; 掌握钢筋混凝土受拉构件基本构造要求. 4. 掌握钢筋混凝土受拉构件基本构造要求.
2.求偏心距增大系数η .求偏心距增大系数
2500 l0/h= 500
=5≤5,故η=1.0
3.判别大小偏心受压 . h0=h-40=500-40=460mm x=
N α1 f cb
1600 ×103 = 1.0 ×11.9 × 300
=448.2 mm>ξbh0=0.55×460=253 mm 属于小偏心受压构件. 属于小偏心受压构件.
取λ=3; ; N—与剪力设计值 相应的轴向压力设计值,当N> 与剪力设计值V相应的轴向压力设计值 与剪力设计值 相应的轴向压力设计值, > 0.3fcbh0时,取N=0.3fc-bh0. Hn—柱的净高. 柱的净高. 柱的净高
(2)适用条件: )适用条件: 为防止斜压破坏,其受剪承载力公式还需满足: 为防止斜压破坏,其受剪承载力公式还需满足:
η
l0 / h =3000/400=7.5>5,应按式(6.3.1)计算. > ,应按式( )计算.
0.5 f c A 0.5 × 9.6 × 300 × 400 = = 2.22 > 1.0 ζ1 = 3 N 26l0 = 1.15 0.01 = 1.075 > 1 ζ 2 = 1.15 0.01 h 400
【例6.3.2】某矩形截面偏心受压柱,截面尺寸 】某矩形截面偏心受压柱, b×h=300mm×500mm,柱计算长度 0=2500mm,混凝土强 × × ,柱计算长度l , 度等级为C25,纵向钢筋采用HRB335级,as=as′=40mm,承 度等级为 ,纵向钢筋采用 级 , 受轴向力设计值N=1600kN,弯矩设计值M=180kNm,采用 ,弯矩设计值 受轴向力设计值 , 对称配筋,求纵向钢筋面积 对称配筋,求纵向钢筋面积As=As′. .
偏心受压构件承载力计算
轴心受压构件承载力计算一、偏心受压构件破坏特征偏心受压构件在承受轴向力N和弯矩M 的共同作用时，等效于承受一个偏心距为e0=M/N的偏心力N的作用，当弯矩M相对较小时，e0就很小，构件接近于轴心受压，相反当N相对较小时，e0就很大，构件接近于受弯，因此，随着e0 的改变，偏心受压构件的受力性能和破坏形态介于轴心受压和受弯之间。
按照轴向力的偏心距和配筋情况的不同，偏心受压构件的破坏可分为受拉破坏和受压破坏两种情况。
1.受拉破坏当轴向压力偏心距e0 较大，且受拉钢筋配置不太多时，构件发生受拉破坏。
在这种情况下，构件受轴向压力Ｎ后，离Ｎ较远一侧的截面受拉，另一侧截面受压。
当Ｎ增加到一定程度，首先在受拉区出现横向裂缝，随着荷载的增加，裂缝不断发展和加宽，裂缝截面处的拉力全部由钢筋承担。
荷载继续加大，受拉钢筋首先达到屈服，并形成一条明显的主裂缝，随后主裂缝明显加宽并向受压一侧延伸，受压区高度迅速减小。
最后，受压区边缘出现纵向裂缝，受压区混凝土被压碎而导致构件破坏（图4.3.1）。
此时，受压钢筋一般也能屈服。
由于受拉破坏通常在轴向压力偏心距e0 较大发生，故习惯上也称为大偏心受压破坏。
受拉破坏有明显预兆，属于延性破坏。
2.受压破坏当构件的轴向压力的偏心距e0 较小，或偏心距e0 虽然较大但配置的受拉钢筋过多时，就发生这种类型的破坏。
加荷后整个截面全部受压或大部份受压，靠近轴向压力一侧的混凝土压应力较高，远离轴向压力一侧压应力较小甚至受拉。
随着荷载逐渐增加，靠近轴一侧混凝土出现纵向裂缝，进而混凝土达到极限应变εcu 被压碎，受压钢筋的应力也达到f y′，远离一侧的钢筋可能受压，也可能受拉，但因本身截面应力太小，或因配筋过多，都达不到屈服强度（图4.3.2）。
由于受压破坏通常在轴向压力偏心距e0 较小时发生，故习惯上也称为小偏心受压破坏。
受压破坏无明显预兆，属脆性破坏。
3.受拉破坏与受压破坏的界限综上可知，受拉破坏和受压破坏都属于材料破坏”。
第八章 偏心受压构件承载力计算公式
第8章 偏心受压构件正截面承载力知 识 点 回 顾•破坏形式及特点 •大小偏心划分 •大偏心算法第8章 偏心受压构件正截面承载力8.1.4 矩形截面偏心受压构件正截面承载力 1. 大偏心受压x £ xb 正截面破坏åN =0g 0 N £ N u = a1 f c bx + f y¢ As¢ - f y Asxö æ ¢ g 0 Ne £ N u e = a1 f c bx ç h0 - ÷ + f y¢ As¢ ( h0 - as ) 2ø èå M As = 0适用条件： x £ xb ¢ x ³ 2 as As 配筋率： r= ³ r min = max ( 0.45 ft fy, 0.2% ) bh第8章 偏心受压构件正截面承载力¢ 当 x < 2as 时，受压钢筋（此时不屈服）计算， 有两种处理方式： （1）规范算法设混凝土合力中心与 As¢ 形心重合。
åM¢ As=0¢ Ne¢ £ N u e¢ = f y As ( h0 - as )（2）平截面假定算法¢ s s¢ = Ese cu (1 - b1 as x )第8章 偏心受压构件正截面承载力2. 小偏心受压构件 （1）基本计算公式 x > xb矩形截面小偏心受压构件承载力计算简图第8章 偏心受压构件正截面承载力小偏心受压构件计算公式：åN =0åMAsg 0 N £ N u = a1 f c bx + f y¢ As¢ - s s Asxö æ ¢ g 0 Ne £ N u e = a1 f c bx ç h0 - ÷ + f y¢ As¢ ( h0 - as ) 2ø è=0依据平截面假定（ b1 = 0.8 ）：æ b1hoi ö s si = Ese cu ç - 1÷ è x ø公路桥规：æ b1 - x ö s si = ç ÷ fy è b1 - xb øxb < x £ 2 b1 - xb第8章 偏心受压构件正截面承载力依据平截面假定:公路桥规：第8章 偏心受压构件正截面承载力（2） “反向破坏”的计算公式 偏心距很小，且远离轴向压力一侧的钢筋配置得 不够多，偏心压力有可能位于换算截面形心轴和 截面几何中心之间。
偏心受压构件极限承载力的实用计算方法
当 ξ 增 大 时 ，N d <N du 、M d < Md ； 此 时 N d 满 足 式
（13）。当ξ减小时，Nd>Ndu、Md>Md；此时Nd不满足式
始偏心距e0，进而求得Nd对应的极限弯矩Md。
2.2 算法理论分析
根据《桥规》附录C可知，A、C是随ξ增大而增
大 的 单 调 递 增 函 数 ，因 此 根 据 式（13）可 知 ，N du 是
随ξ增加而增大的单调递增函数。通过试算ξ，使Nd=
Ndu，此时Nd e0≡Mdu，计此时的ξ为ξ，e0为e0，Md为Md。 e0随ξ的变化通过式（15）较难判断，可以通过绘
城市道桥与防洪
2010 年 12 月第 12 期
相应始偏心距e0，进而求得Nd对应的极限弯矩Md。
1.2 算法理论分析
根 据 式（1）、式（2）、式（12）可 知 ，N du 、M du 是 随
受压区高度x增大而增大的单调递增函数。根据式
（7）～式（9）可知，es、e0是随受压区高 度 x 变 化 的
（13）
3
3
γ0Nde0≤(Br fcd+Dρgr f′sd)=Mdu
（14）
式中：A、B为有关 混 凝 土 承 载 能 力 的 计 算 系
数；C、D为有关纵向钢筋承载力的计算系数，以上
系数可按《桥规》附录C计算。式（13）、式（14）对应
《桥规》（5.3.9- 1）、（5.3.9- 2）。
当 截 面 达 到 极 限 承 载 力 时 ，式（1）、式（2）左
钢筋混凝土偏心受压构件承载力计算
式中：
ei e0 ea
当 >b时 —受压破坏(小偏心受压)
N M
ssAs
f'yA's
¢ s s As N ( N u )1 f cbx f y¢ As x ¢ (h0 a¢) N e 1f cbx(h0 ) f y¢ As 2
2.两种偏心受压破坏形态的界限 二者根本区别：距N较远侧钢筋在构件破坏时是否能屈服。 当 b 时，为大偏心受压构件； 当 b 时，为小偏心受压构件。
Ê Ü À Æ » µ
Ü Ñ Ê ¹ Æ » µ
3．偏心受压构件的N-M相关曲线 对于给定截面、配筋及材料强度的偏心受压构件，到 达承载能力极限状态时，截面承受的内力设计值N，M并不 是独立的，而是相关的。 任意点e位于图 中曲线的内侧，说明 截面在该点坐标给出 的内力组合下未达到 承线能力极限状态 是安全的；若e点位 于图中曲线的外侧， 则表明截面的承载力 不足。
偏心受拉构件是一种介于轴心受拉构件与受弯构件之 间的受力构件。承受节间荷载的悬臂式桁架上弦、建筑及 桥梁工程中的双肢柱的受拉肢、矩形水池的池壁，属于偏 心受拉构件。
钢筋混凝土偏心受压构件多采用矩形截面，截面尺寸 较大的预制柱可采用工字形截面和箱形截面。 偏心受拉构件多采用矩形截面。
§7.2 偏心受压构件正截面承载力计算
第7章 钢筋混凝土偏心受力构件承载力计算
本章的重点是： 了解偏心受压构件的受力特性，熟悉两种不同的受压 破坏特性及两类受压构件 掌握其判别方法；
熟悉偏心受压构件的二阶效应及计算方法；
钢筋混凝土偏心受压构件正截面承载力计算
2、受压破坏(小偏心受压) As受压不屈服
As受拉不屈服
As受压屈服
As受压屈服时 As受压屈服判断条件
大小偏心近似判据 真实判据
不对称配筋
大偏心受压不对称配筋 小偏心受压不对称配筋
实际工程中，受压构件常承受变号弯矩作用，所以采用对 称配筋 对称配筋不会在施工中产生差错，为方便施工通常采用对 称配筋
随l 0/h的增加而减小，通过乘一个修正系数ζ2（称为偏
心受压构件长细比对截面曲率的影响系数）
实际考虑是在初始偏心距ei 的基础上×η
上节课总结
一、初始偏心距
e0=M/N
附加偏心距ea取20mm与h/30 两者中的较大值， h是指偏心方向的截面尺寸。
二、两类偏心受压破坏的界限
ξ ≤ξb, 受拉钢筋先屈服，然后混凝土压碎-
1、大偏心受压 x=N/a1 fcb
若x=N /a1 fcb<2a"，可近似取x=2a"，对受压钢筋合力点取矩可
e" = hei - 0.5h + a"
2、小偏心受压 x=N /a1 fcb>
对称配筋截面设计
对称配筋截面校核 例5-9、5-10及5-11 构造要求（配筋率问题讲解） 作业：5.4、5.5、5.6、5.7、5.8
对称配筋
大偏心受压对称配筋 小偏心受压对称配筋
非对称配筋矩形截面
截面设计
按e i ≤ 0.3h0按小偏心受压计算
若ei ＞ 0.3h0先按大偏心受压计算， (ξ≤ξb确定 为大偏心受压构件。若求得的ξ>ξb时，按小
偏心受压计算。) 强度复核
一s 不对称配筋截面设计 1 s 大偏心受压（受拉破坏）
受压构件正截面承载力计算
混凝土柱的受压承载力计算方法
混凝土柱的受压承载力计算方法混凝土柱是建筑结构中常见的承重构件之一，其受压承载力的计算方法对于确保结构的安全性至关重要。
在本文中，我将深入探讨混凝土柱的受压承载力计算方法，并分享我的观点和理解。
1. 混凝土柱的受压承载力概述混凝土柱的受压承载力指的是柱子能够承受的压力大小。
在计算受压承载力时，我们需要考虑以下几个因素：- 柱子的几何形状：柱子的截面形状和尺寸会直接影响其受压承载力。
常见的柱子形状包括圆形、方形、矩形等。
- 混凝土的材料性质：混凝土的强度和材料特性也对受压承载力起着重要作用。
通常，我们会使用混凝土的抗压强度来计算柱的受压承载力。
- 柱子的长度：柱子的长度对其受压承载力也有影响。
一般来说，较高的柱子在受压时更容易发生失稳，因此其受压承载力会相对较低。
2. 混凝土柱的受压承载力计算方法混凝土柱的受压承载力计算方法有多种，其中常见的方法包括：- 截面法：截面法是最常用的计算受压承载力的方法之一。
该方法基于柱子截面的几何形状和混凝土的抗压强度来计算。
根据混凝土的抗压强度和柱子截面的形状，我们可以使用相关公式计算出柱子的受压承载力。
- 整体反应法：整体反应法是另一种常用的计算受压承载力的方法。
该方法将整个柱子看作是一个整体，考虑了柱子在受压过程中的整体性能和失稳特性。
通过进行二阶效应分析，我们可以得到柱子的真实受压承载力。
- 高阶理论法：除了截面法和整体反应法，还有一些高阶理论可以用于计算混凝土柱的受压承载力。
这些方法考虑了更多的力学效应和模型假设，可以更准确地预测柱子的受压承载力。
然而，这些方法通常比较复杂且计算量较大，需要较为丰富的专业知识和经验。
3. 观点和理解在我看来，混凝土柱的受压承载力计算方法是结构设计中非常重要的一部分。
准确计算柱子的受压承载力可以确保结构的稳定性和安全性。
在选择计算方法时，我们应该综合考虑结构的实际情况、设计要求和施工条件，选择合适的方法进行计算。
我们也应该关注并深入理解柱子的失稳特性和力学性能，以便更好地预测和评估其受压承载力。
空间钢构架—方钢管混凝土柱偏心受压承载力的计算
空间钢构架—方钢管混凝土柱偏心受压承载力的计算刘艾宇;唐兴荣;周洲【摘要】The spatial steel frame concrete filled steel tubular column is a new type of composite column. The square steel tube has a restraining effect on both the core and external concrete. The double constraints can effectively improve the bearing capacity and seismic performance of the column. In order to study the cross-section bearing capacity of the column under eccentric compression,two different models of the column are proposed by considering the restrain effect of steel tube and spatial steel frame on concrete respectively. The formulas for the calculation of the cross-section bearing capacity of the composite column are established. The proximity of the calculated value to the experimental value is investigated. The analysis shows that the calculated value given by the formula agrees with the experimental value,which indicates that the formula can be used for the bearing capacity of this composite column under eccentric compression and provide technical basis for practical application of this composite column.%空间钢构架—钢管混凝土柱是一种新型组合柱,钢管内、外混凝土具有一定的约束作用,这种双重约束作用的特征能够有效地提高柱子的承载力和变形能力.为了研究这种新型组合柱的偏心受压承载能力的计算方法,进行了空间钢构架—方钢管混凝土柱的约束机理分析,在此基础上,考虑混凝土的双重约束作用,建立了两种不同计算模型的空间钢构架—方钢管混凝土短柱偏心受压承载力的计算公式.分析表明:采用这两种不同计算模型建立的计算公式具有较好的精度,均可作为空间钢构架—方钢管混凝土短柱偏心受压承载力计算公式,为这种新型组合柱的实际工程应用提供了技术依据.【期刊名称】《广西大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(043)001【总页数】12页(P114-125)【关键词】空间钢构架混凝土;方钢管混凝土;约束作用;极限承载力;计算公式【作者】刘艾宇;唐兴荣;周洲【作者单位】苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室,江苏苏州215011;苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室,江苏苏州215011;苏州科技大学江苏省结构工程重点实验室,江苏苏州215011【正文语种】中文【中图分类】TU375.20 引言随着我国社会经济的不断发展，高层建筑越建越高，对柱子的承载力和抗震性能提出了更高的要求。
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心抗 压 强 度 为 31． 4MPa。 试 验 采 用 刀 铰 加 载， 用 5000kN 压力试验机施加竖向荷载， 采用电阻式应变片 测量应变， 所有应变片均布置在柱半高截面上， 柱纵 向位移采用电子位移计， 沿柱高 3 个四等分点布置百 分表测定柱挠曲线。加载方式和测点布置见图 2 。
少， 在规程中定性地提出了按钢筋混凝土柱计算的近 似处理方法， 其中轴力取钢管外钢筋混凝土分担的部 分轴力加以折减， 以考虑核心钢管混凝土部分对轴力 的分担， 弯矩不作折减。 这一规定无疑会造成两个结 果： 其一， 在叠合柱中， 钢管的直径一般为柱边尺寸的 1 /3 ～ 1 /2 ， 钢管的含钢率在 2% ～ 10% 之间， 事实上核 心钢管相当于一个三维的配筋场， 既是纵筋又是横向 ， 箍筋 可随着应力场的变化而自行调节变换其配筋功 能， 规程中的计算方法未能合理地评价核心钢管的抗 弯能力， 材料利用不充分； 其二， 在大偏心受压构件中 则截面纵筋配筋率会增大， 对于截面 减少设计轴力， 设计而言是安全的， 但在小偏心构件中， 设计轴力减 小， 则配筋率相应减小， 显然是不安全的。 本文进行了 13 根叠合柱偏心受压短柱的正截面 承载力试验， 确定其破坏模式和工作机理， 基于试验 采用截面极限平衡理论推导了叠合柱偏心受压短柱 的正截面承载力公式， 提出了叠合柱短柱的偏心受压 承载力计算公式。
图2 Fig． 2
加载方式及测点布置图
Test setup and measuring point arrangement
试件参数及主要试验结果
极限承载力实测值 N1 （ kN） 3200 2210 1427 1111 922 602 501 531 573 611 694 671 791 按 CECS188 ： 2005 计算 N2 （ kN） — 968 403 279． 3 230 169 141 197． 1 188 138 293 302 384
Guo Quanquan1 Li Qian2 Zhang Peiyao1 Hu Jieting3
（ 1． Beihang University，Beijing 100191 ，China； 2． Beijing Institute of Architectural Design，Beijing 100045 ，China； 3． WorleyParsons China，Beijing 100016 ，China）
表1 Table 1
试件 Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12 Z13 e（ mm） 0 50 100 130 150 190 220 190 190 190 190 190 190 钢管规格（ mm） Φ133 × 4． 5 Φ133 × 4． 5 Φ133 × 4． 5 Φ133 × 4． 5 Φ133 × 4． 5 Φ133 × 4． 5 Φ133 × 4． 5 Φ89 × 7 Φ102 × 6 Φ168 × 3． 5 Φ133 × 4． 5 Φ133 × 4． 5 Φ133 × 4． 5 柱纵筋 6 Φ12 6 Φ12 6 Φ12 6 Φ12 6 Φ12 6 Φ12 6 Φ12 6 Φ12 6 Φ12 6 Φ12 6 Φ16 8 Φ16 10 Φ16
［18 ］
，
提出叠合柱的承载力由钢管混凝土强度和管外钢筋 混凝土强度两部分叠加而成， 进而给出了叠合柱的轴 心受压承载力计算公式， 这些成果已在我国 2005 年颁
第 47 卷
第5 期
郭全全等·钢管混凝土叠合柱偏心受压承载力的计算方法
· 57 ·
［9 ］ 布的《钢 管 混 凝 土 叠 合 柱 结 构 技 术 规 程 》 （ CECS 188 —2005 ） 中 体 现， 但针对偏心受压状态的研究很
引
言
合在高层、 超高层建筑中的重载柱中应用， 目前在我 国的沈阳、 上海、 重庆、 天津、 南京等城市的二十余个 工程项目凝土叠合柱 （ 以下简称叠合柱 ） 是针对钢 管混凝土柱中存在的节点力学性能和施工的简易性 、 经济性不能两全的缺点发展而来的， 是我国率先提出 的新型组合柱， 这一柱型吸收了钢管混凝土柱的 优 点， 同时又克服了钢管混凝土柱节点处理难、 防火较 差的缺点， 具备技术的先进性和经济合理性， 非常适
基金项目： 国家自然科学基金 （ 50878013 ） 、 教育部博士点新教师基金 （ 200800061008 ） 作者简介： 郭全全， 博士， 副教授 0423 收稿日期： 2013-
叠合柱的受力特点介于钢筋混凝土柱和钢管混 凝土之间， 目前在国内外通行的设计方法中， 针对钢 筋混凝土柱和钢管混凝土柱分别采用截面极限平衡 理论和将钢管混凝土视为统一体的统一设计理论 ， 在 组合了两种柱型的叠合柱中如何计算其正截面承载 力就成为设计中首先需要解决的问题。 国内多位学 者针对轴心受压进行了 60 多个试件的模型试验
（ 1． 北京航空航天大学 ，北京 100191 ； 2． 北京市建筑设计研究院有限公司，北京 100045 ； 3． 北京沃利帕森工程技术有限公司，北京 100016 ）
摘要： 介绍了 13 根钢管混凝土叠合柱短柱 （ 长细比 4． 67 ） 的偏心受压试验结果， 研究结果表明： 钢管混凝土叠合柱 偏心受压短柱正截面的破坏类型分为大偏心和小偏心受压破坏两种 ， 以受拉区钢筋达到屈服强度 ， 同时混凝土受 M 具有抛物线的相关关系 ； 叠合柱横截面应变符合平截面分布 ， 压边缘达到极限压应变为界限破坏准则 ， 同时其 N不论偏心距大小， 受压钢筋屈服总是先于受压区混凝土压碎 。 与试验结果相比， 现行规程大幅度 （ 51% ～ 77． 4% ） 低估了叠合柱偏心受压承载力 。基于试验采用截面极限平衡理论提出了叠合柱偏心受压短柱的正截面承载力公 式， 公式形式简单， 与我国现行的规范体系相协调 ， 计算结果与试验结果吻合良好 。 关键词： 钢管混凝土叠合柱； 偏心受压； 试验； 正截面承载力
+ 中图分类号： TU398 ． 9
文献标识码： A
131X（ 2014 ） 05005608 文章编号： 1000-
Calculation for bearing capacity of steel tubereinforced concrete columns under eccentric compression
Abstract： The results of 13 steel tubereinforced concrete columns （ STＲC ） with a slenderness ratio of 4． 67 under eccentric compression loads are introduced． Test results show that failure modes are divided into two types，namely large and small eccentric failures whose demarcation failure criterion is that tensile bars reach yield strength and the concrete compressive edge reaches the ultimate compressive strain． Furthermore，the NM curve of STＲC shows parabolic correlation and the crosssection strain obeys the plane assumption． It also observed that compressive bars reach compressive strength prior to concrete crushed on the compressive zone no matter how much the eccentricity is． Compared to the test results， the bearing capacity of SＲTC （ 51% ～ 77． 4% ） is underestimated greatly by current specification． Based on the experiments， equations to calculate the normalsection bearing capacity using limit equilibrium theory are proposed． The bearing capacity equations presented in this paper is simple and coordinates with the current specification． The calculated values agree well with the experimental results． Keywords： steel tubereinforced concrete columns； eccentric compression； experiment； normalsection bearing capacity Email： qq_guo@ buaa． edu． cn
Parameters of specimens and mainly test results
ρa （ % ） 2． 02 2． 02 2． 02 2． 02 2． 02 2． 02 2． 02 2． 00 2． 01 2． 01 2． 02 2． 02 2． 02 da / h 0． 44 0． 44 0． 44 0． 44 0． 44 0． 44 0． 44 0． 3 0． 34 0． 56 0． 44 0． 44 0． 44 ρs （ % ） 0． 89 0． 89 0． 89 0． 89 0． 89 0． 89 0． 89 0． 81 0． 83 1． 00 1． 58 2． 11 2． 64 破坏形态 轴心受压 小偏心 小偏心 界限破坏 大偏心 大偏心 大偏心 大偏心 大偏心 大偏心 大偏心 大偏心 界限破坏