钢管混凝土柱计算
钢管混凝土平缀管格构柱换算长细比计算方法
钢管混凝土平缀管格构柱换算长细比计算方法晏巧玲陈宝春薛建阳摘要：分析了现有钢管混凝土平缀管格构柱换算长细比计算方法的假定条件和计算式，并将各方法计算的极限承载力与试验结果进行对比；以格构柱剪切柔度理论为基础，对钢管混凝土平缀管格构柱各变形项与总剪切变形量的比值进行分析，指出现有换算长细比计算方法的不合理之处。
借鉴钢管混凝土（斜缀条）格构柱换算长细比乘法算法的计算思路，在剪切系数计算式中采用考虑节点构造参数影响的剪切柔度简化计算式，拟合得到放大系数与剪切系数的关系式。
结果表明：采用所提出的换算长细比计算方法及GB 50923—2013中稳定系数计算方法得到的计算结果与试验结果吻合良好，证明该方法简单、实用且具有足够的精度。
关键词：钢管混凝土；平缀管格构柱；换算长细比；剪切系数中图分类号：TU375.3文献标志码：AAbstract： The assumptions and formulas of existing calculation methods for equivalent slenderness ratio of concretefilled steel tube（CFST）battened columns were analyzed. The calculated ultimate load capacity results were compared with test results. based on the shear deformation theory of battened columns， each shear deformation item and its proportion in the whole deformation of CFST battened columns were analyzed. The unreasonableness in the existing method was pointed out. According to the calculation method of multiplication algorithm for equivalent slenderness ratio of CFST battened columns，the simplified formula of shear flexibility parameter was introduced to shear factor formula. The relationship between the amplification coefficient and shear flexibility parameter was obtained through the fitting analysis. The results show that the ultimate load carrying capacity can be calculated by adopting the calculation method for equivalent slenderness ratio and stability coefficient formula in GB 50923—2013. The calculated ultimate load carrying capacity agrees well with the test result， which indicates that the proposed method on the equivalent slenderness ratio of CFST battened columns is simple，practical and enough accurate.Key words： concretefilled steel tube； battened column； equivalent slenderness ratio； shear flexibility parameter0引言本文研究的钢管混凝土平缀管格构柱是指由钢管混凝土柱肢和空钢管平缀管通过相贯线焊接形成的受力构件，它在土木工程中有着较广泛的应用，如拱肋[13]、高墩[46]等。
钢管混凝土柱抗剪承载力计算
关 键 词 ： 管 混 凝 土 ； 作 原 理 ； 究进 展 ； 钢 工 研 剪切
１概述 袁 ｌＶ 。 的计算结果 钢管混凝土柱 的抗剪强度 由钢管和核 心 混凝土所提供 ， 它不 同于普通钢筋混凝土柱的 脆性 剪切破坏 ， 而是钢管约束混凝土受剪 ， 使强 度和塑性性能都有所提高 ，钢管混凝土构件在 受力过程中 ，钢管和核心混凝土之间存在着相 互作用以及应力重分布 ， 核心混凝土的横向 当 变形 大于钢管的横 向变形时，混凝土对外 钢管 有径 向应力状态，而钢管对核心混凝土有 约束 作用 ，这样使钢管和核心混凝土呈三维应力状 态，尤其是混凝土 ，它的工作性质起 了质 的变 化， 由脆性材料转化成塑性材料 。 ２影 响钢 管混凝土柱抗 剪承载力 的主要 因素 ２１ ．套箍指标对抗剪承载能力 的影响 钢管和混凝土在受力过程 中的相互作 用 ， 是 这类 结 构 具 有 一系 列 特殊 力学 性 能 的 根 本原 因 。 由于 这 种相 互 作 用 构成 了钢 管 混 凝 土 力学 性能的复杂性，如何正确 合理地估算这种相互 当剪跨比 很小时 ，钢管混凝土的破坏 为 Ｖ ＝卜— ＋（，５ ．５ ） ］￣ ＋０１ Ｎ ０６ —０４ Ａ ０Ａ ．８ 作用， 是准确 了解这类组合结构工作性 能的关 Ａ十 ０ （） ７ 在支座处被剪断 ， 属于剪切型破坏 ， 载到支座 荷 键所在 。通过对以往研 究者们大量的理论和试 之问的混凝土可以看成一个短柱一样被压坏 ， 结语 验研究成果的分析和总结发现 ，钢管和混凝土 这 时抗剪强度很高。故剪跨 比是影响集中荷载 在剪跨比一定 的情况下，钢管混凝土构件 之间的相互作用 ，主要表现在钢管对其核心混 作 用 下 钢 管混 凝 土抗 剪 强度 的 主要 因 素 之 一 。 的抗剪承 载力 随轴压 比增大 而增大 。当轴压 凝土的约束作用 ， 混凝土材料本身性质得到 使 由表 ２可 以得 到 ：钢管 混 凝 土 柱 的抗 剪 承 载 力 比＜ ． ，抗剪承载力随着轴压 比的增加而明 Ｏ２时 改善 ， 即强度得 以提高 ， 塑性和韧性性 能大为改 随着剪跨 比的增大而下 降。而这种剪切破坏是 显增加 ， 当轴压比达到 ０ 时 ， ． 钢管混凝土构件 ４ 善。 此外 ， 由于混凝土的存在可以延缓或 阻止钢 因为钢管和混凝土到达极限强度时发 生的 ， 的抗剪承载力增加不显著 。钢管混凝土构件在 由 管不能发生内凹的局部屈 曲； 在这种情况下 ， 不 于钢管对其核心混凝土套箍约束作用 ，使核心 剪力作用下 的破坏形态 ，视剪跨 与钢管直径比 仅钢管和混凝土材料本身的性质对钢管混凝土 混凝土处于三向受压状态 ， 延缓其纵向微裂缝 值的大小 ， 可能为弯 曲型破坏或剪切型破坏 。 前 性能的影响很大 ，且二者几何特性和物理特性 的发生和发展 ，从而使核心混凝土具有更高的 者发生于剪跨 比大的场合 ， 后者发生于剪跨 比 参数如何“ 匹配” 也将对 钢管混凝土构件力学 ， 抗压强度和压缩变形能力 ，故这种套箍效 应对 小 的场合 ，本次试验的钢管混凝土构件 的破坏 性能起着非常重要的影响。这种做法是非常合 钢管混凝土的剪切强度的影响也很大。当剪跨 皆为剪切型破坏 。提出了钢管混凝土柱 的抗剪 理 的且 已被多个试验所验证并被 国家现行规范 比和 轴 压 比一 定 时 ，抗 剪 承 载 力 随 套箍 指 标 值 承载力计算公式 ；并给出的抗剪承载力计算公 所采用。 的增大而增大 ， 两者大体为线性关系 ， 但剪跨 比 式 的基础上 ， 考虑了剪跨 比和轴压比对抗剪承 钢管混凝 土轴压短柱 的极限承载 能力按 和 轴 压 比不 同时 ， 载力 的 增 长 率不 同 。 承 载 力 的影 响 ，推 导 出 实用 的 钢 管混 凝 土 抗 剪 承 下列公计算 ： ＡＣ ３ 抗剪承载力计算公式 载力简化计算公式。 套箍指标参数 Ａ‘ （） １ 钢管混凝土的截面几何特性和材料强度特 参 考 文献 当０ １ ， ＝ ＜ 时 Ⅳ０ （＋２ ） １ ０ （） ２ 性影响其抗剪承载力， 而套箍指标 、 剪跨 比和轴 ｆ ｌ １蔡绍 怀． 代铜 管混凝 土 结构 北 京 ： 民交 现 人 当 ０ 时 ， ＝ＬＡＯ＋ ＋ ＞１ ￣ （） ３ ２ ０ ，－ ９ ． 压比也是影响的主要因素。轴力对抗剪承载力 通 出版社 ，０ ３ １１ ０ 剪跨等于零时的“ 纯剪”将 是钢管 混凝土 ， 的影 响， 是线性的， 故可用线性方程来表示这种 ［ ｃｎ ｉｅ Ｐ Ａ ｉ ｌ ｌａｅ ｏｃｅｅ—ｆｌｄ ２ Ｓｈ ｅｄｒＳ ． ｘａ ｙ ｏｄ ｄｃｎ ｒｔ ｉ ｅ １ ｌ ｌ 受剪承载力的上限 Ｖ ∽： 变化规律 ： ｓｅｌｔｂ ＳｒｔＥ ｇ９ ８ １４１） ５３． ｔｅ ｕ ｅ ｔ ． ｎ １９ ， ２（ ：１ － ８ ｕ ０ １２ － Ｖ… ＝ ｏ ＋Ａ厶 （） ４ Ｖ＝（ Ｋ ＋ ） Ａ ＋０ １ Ｎ ．８ （） ｆ 蔡绍怀， ５ ３ １ 焦占栓． 钢管混凝土短柱的基本性能和 ｖ 。 的计算结果见表 ｌ 。 式 中的待定 系数 Ｋ 、 ｃ为取决 于剪 跨 比 强度计算【 建筑结构学 ， ８， ４（： －９ ｓＫ Ｊ Ｊ ． 报 １ ４ ３ ５ ）３２ ． ９ ６１ 由表中的数据分析可知 ： 不考虑轴 向力 Ｎ 的需 由试验确定的经验系数 。 对不同的剪跨 比， Ｉ］ Ｈｈ Ｊ Ｏ１ ＧＯＵＲＬＥ ＢＣ． Ｐｅ ｅ ｔｔ ｎ ｆ ４ ＪＡＰ ７ ， Ｙ ｒｓｎａｉ ｏ ｏ 和剪跨 比人对 抗剪承 载力 的影响 ，在 ０值为 均 能 根据 试 验 结 果 通 过多 元 线性 回 归求 出它 们 ｃ ｎ ｒｔ ｆ ｉｄ ｔｂ ｓ ｔ ｆ ｍ ｌｔ ｎⅡ ｏ ｒ ａ ｏ ｏ ｅｅｅ ｉｅ －ｕ ｅ， ｏ ｕ ａ ｏ ｌＪｕ ｎ ｆ －ｌ ｒ ｉ ｌ ０３ ３Ｏ之间时 ，受剪 承载力 ｖ ，将介于 Ｏ ３ ．～ ． 。 ．～ ２ 的 Ｋ 和 Ｋ， ｓ ｃ根据统计得 出 ｈ ０５的系数 Ｋ 和 Ｓｒｃ ｒｌ ｎ ｉｅｒ ｇ２０ ， ２ （： ３ ７ ＜． ｓ ｔ ｔ ａ Ｅ ｇｎｅｉ ．０ ６ １ ３ ）７ ６＿ ｕｕ ｎ ６ ４ ０３ Ｎ 之间， ．６ 。 随着 ０值的增大 ， 钢管混凝土 的抗 Ｋ ｃ的公 式 ： 【 曲卫波淤侯朝胜， ５ Ｊ 钢管混凝土的应用 福 建建 剪承载能力也在增大 。 筑 ． ０ ．：３ ４． ２ ０２３３ —３ ： ！ ！ ２２剪跨 比和轴压 比对抗剪承载力的影 响 ． ＋ Ｏ２ ．５ 【 刘兵， ６ 】 付功义， 陈务军， 虞晓文． 圆形钢 管混凝土 在相 同轴压 比和剪跨 比情况下 ， 试验值 ｖ Ｋ 一０６ —０４ Ａ 、５ ． ５ （ ） 梁 柱 节 点 局 部 抗 拉 强度 的 研 究『１ 尔滨 工 业 ６ Ｊ． 哈 与 ， 的比 随套箍系数 ０的增大而增大 。 值 数 钢 管 混凝 土的 抗 剪 承载 力公 式 如 下： 大学学报 ，０ ３ ５增刊） ８ — ８ ． ２０ ， （ ３ ： ０ １４ １ 据 见表 ２
承载力计算-抗弯-深梁和短梁 抗压-偏压-混凝土柱 抗压-轴压-钢管混凝土柱 抗压-轴压-螺旋箍筋柱
混凝土强度及弹性
强度 fc ft Ec 强度 fy Es 类型 N/mm2 N/mm2 N/mm2 类型 N/mm2 N/mm2
偏压混凝土柱承载力计算
Pi＝ 3.1416 Pi＝3.14159265 l0＝ 3.200 (m) 偏压柱计算长度 l0 b＝ 300 (mm) 偏压柱截面宽 b h＝ 650 (mm) 偏压柱截面高 h ca＝ 35 (mm) 混凝土保护层厚度 ca h0＝ -2627 (mm) 偏压柱有效高度 h0 e0= 120 (mm) 偏心距 e0＝M/N 或按实际情况 ea= 附加偏心距 ea=max(20,h/30) 20 (mm) ei= 计算偏心距 ei=e0+ea 1 (mm) ζ 1＝ 0.201 曲率修正系数 ζ 1 ζ 2＝ 1.000 长细比对曲率影响系数 ζ 1 η ＝ 1.000 偏心距增大系数 η e＝ -2633 (mm) 轴力至拉筋距离 e=η ei+h/2-ca 纵向钢筋： N＝ 4 拉筋根数 N φ＝ 拉筋直径 φ 20 (mm) As＝ ####### (mm2) 拉筋面积 As=N*Pi*φ ^2/4 Ny＝ 3 压筋根数 Ny φ y＝ 22 (mm) 压筋直径 φ y Asy＝ 0 (mm2) 压筋面积 Asy=Ny*(Pi*φ y^2/4) 判别大小偏压，计算相对受压区高度： b＝ ####### 大偏压二次方程一次项 b
说明： 1。若 l0/h>5，则说明构件不属于深受弯构件，不能应用本程序进行计算！ 2。若ρ >ρ bm，则说明深梁为剪切破坏，不能应用本程序进行计算！ 3。深梁内力臂z和混凝土保护层厚度as本程序会根据规范自动选择公式！
钢筋和混凝土指标
C 30 fc＝ 14.3 ft＝ 1.43 Ec＝ 30000 HRB 400 fy＝ 360 Es＝ 200000 α 1＝ 1.00 β 1＝ 0.80 ξ b＝ 0.52 α E＝ 6.67 C?(20,25,30,35,40,45,50,55) 混凝土等级 (N/mm2) 混凝土抗压强度设计值 fck (N/mm2) 混凝土抗拉强度设计值 ft (N/mm2) 混凝土弹性模量 Ec HRB(235,335,400) 纵筋强度等级 (N/mm2) 纵筋抗拉压强度设计值 fy (N/mm2) 1.0<C50<内插<C80<0.94 0.8<C50<内插<C80<0.74 ξ b＝β 1/(1+fy/0.0033Es) α E＝Es/Ec
钢管混凝土柱承载力计算
9200 19000
Байду номын сангаас
700 0
400 0
16 0
30 0
3044725333 0
206000 206000 Σ EI/L
6.82E+10 0.00E+00 2.07E+11
钢管混凝土柱线刚度(EaIa+EcIc)/L 位置 本层 上层 下层 K1= K2= 查表得μ = Lo=μ L= k= Le=kLo= Le/d= φ l= Nu=φ lφ eNo= N/Nu= Yre*N/Nu= 跨度L(mm) 4100 4100 4100 0.32 0.32 1.88 7708.00 0.85 6572.91 8.22 0.76 37245.55 19813.91 0.92 0.78 抗震调整系数0.85 kN kN mm > 4 mm 钢管Ia(mm4) 3729573135 3729573135 3729573135 混凝土Ic(mm4) 16376619848 16376619848 16376619848 钢管Ea(N/mm2) 206000 206000 206000 混凝土Ec(N/mm2) 34500 34500 34500 线刚度(N·mm) 3.25E+11 3.25E+11 3.25E+11
No=fcAc(1+√θ +θ )=
圆钢管混凝土单肢柱承载力计算(0.83)
设计弯矩(kN·M) 偏心距eo= fc(N/mm2) 位置 本层 上层 下层 套箍指标θ = eo/rc= φ e= 柱上端横梁线刚度之和 跨度L(mm) 12000 15040 9200 19000 梁高H(mm) 700 900 700 0 梁宽B(mm) 400 450 400 0 腹板厚tw(mm) 16 18 16 0 翼缘厚t(mm) 30 32 30 0 惯性矩I(mm4) 3044725333 6303525984 3044725333 0 弹性模量E(N/mm2) 206000 206000 206000 206000 Σ EI/L 柱下端横梁线刚度之和 跨度L(mm) 12000 15040 梁高H(mm) 700 900 梁宽B(mm) 400 450 腹板厚tw(mm) 16 18 翼缘厚t(mm) 30 32 惯性矩I(mm4) 3044725333 6303525984 弹性模量E(N/mm2) 206000 206000 线刚度(N·mm) 5.23E+10 8.63E+10 线刚度(N·mm) 5.23E+10 8.63E+10 6.82E+10 0.00E+00 2.07E+11 1637.8 89.53 23.1 钢管外径(mm) 800 800 800 1.38 0.24 0.70 ≤ 1.55 设计轴力(kN) mm fa(N/mm2) 钢管壁厚(mm) 20 20 20 295 钢管面积(mm2) 49008.85 49008.85 49008.85 混凝土面积(mm2) 453645.98 453645.98 453645.98 18292.3
钢管混凝土柱讲解
As Ac－分别为钢管和管内混凝土的截面面积 当钢管截面有削弱时,应按下式计算净截面强度
N≤Nun Nun＝fAsn+fcAc
Asn－钢管的净截面面积
（2）轴心受压构件的稳定性计算
N Nu
－轴心受压杆件的稳定系数
第五章 钢管混凝土柱
5.1 钢管混凝土的特点
钢管混凝土也称作为钢管套箍混凝土（Steel Tube-Confined Concrete,或Concrete-Filled Steel Tube ）,它是在钢管内灌入混 凝土而形成的一种组合结构.钢管混凝土结构按截面形式的不同 可以分为矩形截面、圆形截面和多边形截面,其中圆形截面和矩 形截面钢管混凝土结构应用最为广泛；实心和空心钢管混凝土.
c
fc Ac fAs fc Ac
N—u n— 净截面抗压承载力设计值 M—u n— 只有弯矩作用时净截面的抗弯承载力设计值,按下式计
算
M u n [ 0 . 5 A s n ( D 2 t d n ) B t ( t d n ) ] f
f —— 钢材抗弯强度设计值,考虑地震作用组合时应除以抗震
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.
钢管混凝土结构设计与施工规程承载力设计方法 （CECS28:90） .
1.单肢柱承载力计算
N Nu
Nu leN0
N0fcAc(1 )
faAa / fcAc
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；
钢管混凝土构件计算
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连接节点
钢管与混凝土之间的连接 节点应满足构造要求，保 证传力和连接的可靠性。
04
钢管混凝土构件的施工 方法
钢管制作与加工
钢管材料选择
根据设计要求选择合适的钢管材料，如Q235、Q345 等。
钢管切割与拼接
根据施工需要，对钢管进行切割和拼接，确保尺寸准 确、接口平整。
钢管除锈与防腐处理
对钢管内外表面进行除锈和防腐处理，以提高其耐久 性。
稳定性计算
要点一
局部稳定性
考虑钢管壁的局部屈曲和失稳，计算钢管混凝土构件的局 部稳定性。
要点二
整体稳定性
根据结构整体平衡状态和失稳模式，计算钢管混凝土构件 的整体稳定性。
构造要求
钢管材料
钢管应采用符合要求的钢 材，其质量、规格和连接 方式应满足相关规范要求。
混凝土材料
混凝土应采用符合要求的 原材料，其强度等级、配 合比和浇筑方式应满足相 关规范要求。
命。
承载能力计算
01
轴心受压承载能力
根据钢管和混凝土的承载能力以 及相互作用的机理，计算钢管混 凝土构件的轴心受压承载能力。
02
偏心受压承载能力
03
受弯承载能力
考虑偏心荷载的影响，计算钢管 混凝土构件的偏心受压承载能力。
根据弯矩作用下的应力分布和弯 矩承载能力，计算钢管混凝土构 件的受弯承载能力。
抗拉性能
总结词
钢管混凝土的抗拉性能主要得益于钢管对核心混凝土的套箍效应。
详细描述
在抗拉情况下，钢管对核心混凝土的套箍效应能够显著提高构件的整体刚度和承载能力。这是因为钢管限制了混 凝土的横向变形，使其在拉力作用下不易开裂。
钢管混凝土核心柱轴心受压承载力计算
， 一内核 混凝 土 的强度设计值 ： ｃ
Ａ。 。 一内 核 混 凝 土 的面 积 ：
经过分析 ，钢管 混凝 土核 心短 柱轴
心受 压正截面 承载 力 ，比截面 相同但 没 有钢 管时 的大 ，也比只 有钢管 混凝 土 没
有 外 围 钢 筋 混 凝 土 的 承 载 力 大 ， 也 比 外
混 凝 土 核 心 柱 轴 心 受 压 正 截 面 承 载 力 的 计 算 公 式 ， 并 将 计 算 结 果 和 试 验 结 果 进 行 比较 ，二 者 能 吻 合 良好 （ １） 图 。
经 结 合 以 上 分 析 ，可 得 到 钢 管 混 凝
２钢 管混凝 土核心柱 轴心受压正 截面承载力计算
８ ０５２ ８７ ３ ５ ７ ４８９ ８ Ｏ１ Ｏ ４ ７ ５Ｏ ４ Ｏ ２３ ４ ３ ５Ｏ ４ Ｏ ７Ｏ ２ ５１ Ｏ５ ２４ ４７． １ ２ ８５ ０ ２ ９９ ２ ２ ５９ ４ ２ ７６１ ２ ８４ ２ ２ ９０ ６
有 比较好 的关 于钢 管混凝土核 心柱轴 心
受压正 截面承 载力 的计 算公 式 ，这给该
２ 住宅科技 ／０ ８０ ８ ２ ０ ．６
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规 划设计ａ 圆 钢 管 核 心 圆柱 ）
ｂ 圆 钢 管 核 心 方柱 ）
５ ５ ． ２Ｏ ６ ５ ８ ４。 ２ ５ ４ ８ ． ００ ５ ５ ４ ． ６Ｏ ５ ３ ６ 。 ３７ ３
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＿
规划设计
一～ 一一 一一 ～ 一 ～ 一 一 ～ ～
钢管混凝 土核 心柱
Ｃａｃ ｌｔ ｎｏ ａｒ ｇＣａ ａ ｉ ｆ ｎ ｒ ｔ ｒ ｌ ｌｕａ ｉ ｆＢｅ ｉ ｐ ｃｔ ｏ ｏ ｎ ｙ Ｃｏ ｃｅ ｅ Ｃｏ ｅ Ｃｏ—
钢管混凝土叠合柱的计算与设计
叠 合柱 的轴压 刚 度 （ Ａ） 弯 曲刚度 （ Ｅ 和 ＥＤ 的计
第一作者 ： 用军 黄 男 １ ６ ９ ２年 １ １月 出生 总工 程 师
维普资讯
工 程 设 计
钢 管 混 凝 土 叠 合 柱 的 计 算 与 设 计
黄 用 军 尧 国皇 宋 宝 东 厚 童 彭肇 才
（ 建 国 际 （ 圳 ） 计 顾 问有 限公 司 深 圳 中 深 设 ５８４） １ ０ ８
摘 要 以 深圳 卓越 ・皇 岗世 纪 中心 项 目的 塔 楼 设 计 为 例 ， 绍 了使 用 有 关设 计 软 件 对 钢 管 混 凝 土 叠 合 柱 的 设 计 介 计 算 方 法及 钢 管 混凝 土 叠 舍 柱 与 钢 筋 混 凝 土 梁节 点 的 处 理 方 法 。
入 到 以上 软 件 中 ， 计算 叠 合柱 的 弹性 内力 ， 然后 再根 据“ 规程 ” 的有 关 公 式 进 行 轴 压 比 和 承 载 力 的验 中
算 。需要 特别 说 明 的是 ， 合 柱 的轴 压 比是 指 叠 合 叠
柱 钢 管外 钢筋 混凝 土 的轴压 比 。
筑， 凝 土叠合 柱 （ 以下 简称 “ 叠合 柱 ” 由截面 ） 中部 的钢 管 混 凝 土 和 钢 管 外 的 钢 筋 混 凝 土 叠 合 而 成口 。这 类组 合构 件不 仅具 有 钢管 混凝 土构 件 的优 ］
点， 而且 钢管 外 的混 凝 土 还 可 以起 到抗 火 作 用 且 便
１ ８： ０ ５ Ｌ （ ８ ２ ０ ）１ 以下简称 “ 程 ” 使得 叠合 柱在 实 际 规 ）
第六章 钢管混凝土柱
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. 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
* e
（2）当偏心率e0/h >εb
ϕ =
* e
(1 +
θ t + θ t ( 2e0 / h − 1)
θt
)
三肢柱和不对称截面的多肢柱 （1）当偏心率e0/h≤εb
1 ϕ = 1 + e0 / a t
* e
（2）当偏心率e0/h >εb
θt ϕ = 1 + θ t + θ t ( e0 / ac − 1)
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。
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 Asσ 2 = f ck 2 Ac f ck
其最大值为
A
c s
pmax 1 As f y = 2 Ac f ck f ck
【结构设计】钢管混凝土计算的三种理论介绍
钢管混凝土计算的三种理论介绍钢管混凝土构件的基本计算理论框架基本上可分为以下三种：1.,基于试验回归的“统一理论”,该理论最先由哈尔滨工业大学的钟善桐教授提出,它的含义是“钢管混凝土构件的性能,随着物理参数、几何参数、应力状态及截面型式的改变而变化,变化是连续的、相关的和统一的.”该理论将钢和混凝土混合成一种“组合材料”,不再对二者进行区分,从而摒弃了内力分配或叠加的概念.采用该理论的规范有电力行业标准DL/T5085和福建省标准DBJ13-51-2003.2.,折算理论,将混凝土折算成钢,然后按纯钢结构设计.该理论的核心是“在不改变钢管横截面面积的前提下,将填充混凝土作为对钢管壁的屈服强度和弹性模量的提高,以此来换算求的等效钢管的性质,并以等效钢管构件的承载力作为原型钢管混凝土构件的承载力.”典型的规范如AISC360、我国规范CECS159：2004、CECS28：90及欧洲规范.3.,叠加理论：其实质是将钢管的承载力与混凝土的承载力迭加得到钢管混凝土构件的承载力.但该方法认为,如果轴压力小于混凝土的承载力,则全部由混凝土部分承担,否则,剩余部分由钢管承担,这种混凝土优先受力的模式可能并不符合实际.日本的钢管混凝土设计指南基本采用该原理.下面介绍各规范的情况：现有的国内和国际标准：《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28：90）、《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》（CECS28：2008）、福建省《钢管混凝土结构技术规程》（DBJ13-51-2003）；美国钢结构学会AISC360-05、澳洲桥梁设计规范AS5100.6-2004、欧洲规范EN1994-1-1：2004、日本新都市房屋技术协会的钢管混凝土设计指南,其中AS5100.6-2004和EN1994-1-1：2004的设计方法和要求是一模一样的.欧洲规范从力学原理出发,由截面反应计算出压-弯曲线四个代表受力状态的承载力,考虑混凝土因钢管约束效应而增加的混凝土受压强度和钢管壁因受双向应力而产生的等效屈服值折减系数,并规定若是长细比超过0.5或偏心率超过10%就不考虑约束效应.受压稳定性承载力可根据规范内公式计算,可是计算系数跟钢材牌号有关,中国大陆的建筑材料并不能完全对应计算公式要求.欧洲规范亦没有提供对于构件受拉时的计算方法.日本的设计指南也是从力学原理出发,不同之处是该指南将混凝土和钢管受力分别考虑,混凝土约束效应值计算方法跟欧洲规范相似,钢管双向应力效应由MISES屈服条件控制,所以其等效单向受拉和受压的屈服值并不相同.轴-弯承载力曲线在有效长细比下并不会改变.CECS28：90规程是以概率理论为基础发展出的计算公式,把钢管等效为混凝土材料,其基本承载力有套箍效应来决定,然后乘上偏心（即压弯）和长细比影响系数决定最终承载力.混凝土约束效应应和钢管双向应力效应没有直接体验在公式上,但经过数学方法可以被分解出来.压-弯承载力曲线呈双折线形,明显是经过工程简化而得出的.CECS28：2008是在CECS28：90公式的基础上对钢管混凝土柱（考虑偏心影响）的轴向受压承载力增加0.9的修正系数,同时限制了管内混凝土在约束效应下的强度增幅,并另外提供了一个钢管混凝土柱受弯承载力的公式.福建省规范把钢管等效为约束混凝土材料,然后按力学原理结合试验数据制定出构件啦、压、拉-弯、压-弯和双向受弯设计公式,并有构件的稳定性计算.混凝土约束效应和钢管双向应力效应可以经过数学方法被分解出来.。
钢管柱承载力通用计算表
钢管柱直径
钢管壁厚 柱两端弯矩设计值中较大者 M2 轴向压力设计值 N 钢管的内半径 γc 钢管的横截面面积 Aa
钢管内混凝土的横截面面积 Ac
钢管的抗拉、抗压强度设计值 fa
混凝土的抗压强度设计值 fc 钢管混凝土的套箍指标 θ=faAa/fcAc 钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值 N0 柱的等效长度系数 K 柱的计算长度 L0 柱的等效计算长度 Le Le/d 考虑长细比影响的承载力折减系数 Ψl 偏心矩 e0 e0/γc 考虑偏心影响的承载力折减系数 ψe 钢管混凝土柱的承载力设计值 Nu
mm
1000
mm
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
18
KN.m
500
KN
20790
mm
482
mm2 55530.79
mm2 729867.4
KN/mm2 0.295
KN/mm2 0.0143
1.569553
KN 39894.48
1
mm
9750
mm
9750
9.75
0.72424
0.06405
0.132884
0.802674
KN 23191.8
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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钢管外径d (mm) 820 管壁厚度t (mm) 16.0 2 315 钢材抗压强度设计值f (N/mm ) 2 345 钢材屈服强度值fy (N/mm ) 混凝土强度等级 C30 当构件处于温度变化的环境中时， 当构件处于温度变化的环境中时，请输入右值 构件偏心率 2M/Nd1 （此值仅供参考） 0.453 轴心压力N (KN) 最大弯矩M (KN·m) 计算长度l (mm) 等效弯矩系数βm 钢材弹性模量Es (N/mm ) 温度t (℃) （80≤t≤150） 永久荷载所占比例 （%）
2860.00 510.00 19000 1.0 2.06E+05
14.3 5.3E+05 4.0E+04 0.083 1.83 -0.073 56.6 47.4 3.88E+04 1.000
80 不满足
9.47 满足 10 20 30 40 50 60 70 80 Q235 ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### 16Mn ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### 15MnV ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### ##### Q235 16Mn 15MnV
二、刚度验算
构件长细比λ=4*l/d 92.7 刚度验算 λ<[λ] 构件容许长细比[λ]
三、强度验算
5.42 N/Asc (N/mm2) 0.2fscktkc (N/mm2) 当N/Asc≥0.2fscktkc时，验算 N/Asc+M/1.5Wsc≤fscktkc 当N/Asc＜0.2fscktkc时，验算 N/1.4Asc+M/1.4Wsc≤fscktkc
2
数据输出
一、常规数据
混凝土抗压强度标准值fck (N/mm2) 钢管内径d1=d-2t (mm) 20.1 混凝土抗压强度设计值fc (N/mm2) 788 组合截面面积Asc=πd2/4 (mm2) 2 2 4.9E+05 钢管截面面积As=Asc-Ac (mm2) 混凝土截面面积Ac=πd1 /4 (mm ) 含钢率α=As/Ac 5.4E+07 组合截面抵抗矩Wsc=Ascd/8 (mm3) 套箍系数ξ=αfy/fck 套箍系数ξ0=αf/fc 1.42 -4 1.232 系数C=-5.188×10-3fck+0.0309 系数B=7.483×10 fy+0.974 受压组合强度标准值fysc=(1.212+Bξ+Cξ2)fck (N/mm2) 受压组合强度设计值fsc=(1.212+Bξ0+Cξ2)fc (N/mm2) 受压组合弹性模量Esc=(12.2×10-4+0.7284/fy)fyscEs (N/mm2) 温度折减系数kt 徐变折减系数kc 1.000
2.4E+04 9.47 满足
90 100 ##### ##### ##### ##### ##### ##### #压构件稳定系数ψ 0.689 欧拉临界力NE=π2EscAsc/λ2 (KN) 7.86 N/ψAsc (N/mm2) 0.2fscktkc (N/mm2) 当N/ψAsc≥0.2fscktkc时，验算 N/ψAsc+βmM/1.5Wsc(1-0.4N/NE)≤fscktkc 当N/ψAsc＜0.2fscktkc时，验算 N/1.4ψAsc+βmM/1.4Wsc(1-0.4N/NE)≤fscktkc