钢骨钢管混凝土柱轴压比限值的讨论

钢骨钢管混凝土柱轴压比限值的讨论
摘要提出界限破坏时钢骨-钢管混凝土组合柱轴压比和轴力比限值。

关键词钢管-钢骨混凝土组合柱;界限破坏;轴压比限值
轴压比是影响柱抗震性能和变形能力的重要指标之一。

钢骨—钢管混凝土组合柱[1]是把钢管置入型钢混凝土中,使型钢、钢管、混凝土3种材料协同工作以抵抗各种外部效应的一种结构形式。

其界限破坏的特征不明显,这是由于在组合柱中,钢骨、钢管腹板在柱界面高度上是连续的,破坏时钢管不可能全部同时屈服,试件并不能立即崩溃,而是逐渐降低其承载力。

由于钢骨—钢管混凝土组合柱没有明显的界限破坏状态,且柱中钢管承担一定的轴力,所以钢骨—钢管混凝土组合柱的轴压比根据不同的理解有不同的计算方法。

本文提出钢骨—钢管混凝土柱理论计算公式及轴压比限值的合理取值的建议。

1按钢筋混凝土柱轴压比限值的概念进行分析
文献[1]从界限破坏时的平衡条件出发,根据平截面假定,提出了供设计用的轴压比限值的计算公式:
(1)
式中:为抗震等级影响系数,一、二和三级分别取0.8、0.9和1.0;
,为柱截面的宽和高;为考虑钢骨腹板的计算厚度,按文献中公式计算;为配钢管率。

2采用控制轴压力限值(即《型钢混凝土柱》[2]轴压比限值)的方法
型钢混凝土柱确定轴压比限值的方法和钢筋混凝土柱确定轴压比限值的方法不同在于考虑了钢骨含量对轴压比的影响。

推导轴压比时,为推导公式方便,同样把外包钢骨转化为连续的钢板,利用平截面假定和外包钢的连续化。

轴压力限值的试验值
式中:为界限破坏时轴向压力试验值;为界限破坏时受压混凝土合力的试验值;为界限破坏时钢骨翼缘合力的试验值;为界限破坏时钢骨腹板合力的试验值;为界限破坏时钢管受力的试验值;,分别为混凝土轴心抗压强度试验值和钢管的抗压强度试验值;,分别为柱中混凝土部分和钢管部分的面积。

轴压力限值的设计值
轴压力限值的实用计算公式
式中:
3采用轴压比限值和轴力比限值双控原则进行分析
就文献试验数据,其中混凝土强度等级为C52,配钢管率为4.54%,按式(1)和式(5)计算出钢骨—钢管混凝土组合柱的轴压比和轴力比限值系数列于表1。

表中数值会大于1.0的情况,这是允许的,因为轴压比是指名义压应力与的比值,不是真实的。

型钢混凝土组合柱轴压比限值的确定是在试验研究基础上,规定二级抗震等级的框架结构柱的轴压比限值为0.75。

通过表1可以看出,钢骨—钢管混凝土组合柱的轴压比限值要高于型钢混凝土组合柱轴压比限值10%以上。

说明相比型钢混凝土组合柱,钢骨—钢管混凝土组合柱有更好的延性。

4结论
1)推导出了钢管-钢骨混凝土框架柱轴压比限值的实用计算公式;在工程设计中可以利用计算公式进行计算。

2)对于钢管—钢骨混凝土组合柱设计时,采用轴压比和轴力比限值双控原则,轴压比用于控制截面的初步选型,轴力比考虑了钢管用量的影响,作为截面选型的最终限值标准。

3)相比型钢混凝土组合柱,钢管—钢骨混凝土组合柱有更好的延性。

参考文献
[1]徐亚丰,赫芳,向常艳.等.钢管-钢骨混凝土组合柱轴压比限值的研究[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2006,22(5):740-744.
[2]中华人民共和国行业标准.型钢混凝土组合结构技术规程[S].(JGJ138-2001,
J130-2001).北京:中国建筑工业出版社,2002.
[3]李向民.高强SRC框架柱轴压比限值的研究[J].广东土木与建筑,2001,10.
[4]徐明,苏丽莉,程文.内配圆钢管的钢骨混凝土柱轴压比限值的研究[J].工业建筑,2003,33(3):60-62.。