钢管混凝土柱力学性能影响因素的探讨_柳春红

钢管混凝土柱力学性能影响因素的探讨

柳春红 张俊杰

（黑龙江科技学院，黑龙江哈尔滨１５００００）

１含钢率在钢管和核心混凝土材料一定的情况下，

钢管混凝土构件中钢材是其经济的决定因素，我们不能无限制地加大含钢率来提高承载力。因此在寻求较高承载力、较大含钢率的同时，要争取获得一个最经济的材料组成。

对中国ＣＥＣＳ和ＪＣＪ０１－８９规程钢管混凝土轴心受压短柱的强度提高率进行了相应计算和分析。

１．１中国ＣＥＣＳ规程

用Ｎ／Ｎ０表示轴压构件承载力提高率，其中Ｎ０代表不考虑套箍作用的柱截面叠加承载力。

为求得最大承载力提高率，可以求出极值（Ｎ／Ｎ０）＇＝０的点，从而得到：

所以就是最佳含钢率，由此得出承载力提高率最大值为１．５。

１．２ＪＣＪ０１－８９规程承载力提高率为：

因此，无法进行求导，通过对各种材料组合时的承载力提高率直接进行计算，得到对应不同含钢率的不同材料组合的承载强度提高率，结果见表１。通过计算具有不同Ｄ／ｔ参数值的大量构件

的ξ值和承载力提高百分率Ｎ／Ｎ０可以得到如图１所示的

“Ｄ／ｔ－ξ关系曲线”以及“柱轴压承载力提高百分率Ｎ／Ｎ０－Ｄ／ｔ的关系曲线”。（见图１）。从图１中可以得出，在钢管混凝土柱的直径、钢材材料和混凝土材料一定的情况下，钢管有唯一的厚度比可使柱的承载能力达到最大效

用；而套箍指标随着径厚比的增加而减小。

将两图结合起来可以看出，最大套箍指标对应的点并不是承载力提高百分率最大的。但在曲线中存在这样一个点，当径厚比小于该点时套箍系数变化显著；反之，则变化平缓，该点就是最佳径厚比所对应的套箍系数值。因此为了保证钢管对核心混凝土具有足够的约束力，必须对构件的径厚比的范围加以限制。首先对套箍指标ξ

的表达式进行如下变形：从而得到径厚比的范围为：

此外，考虑钢管的局部稳定性由限制钢管的壁厚来保证。要求壁厚不得小于直径的１％，即，这对于内填混凝土的钢管来说，完全可以得到保证。

２材料强度

２．１核心混凝土强度

已有研究成果表明钢管混凝土轴压短柱承载力随着核心混凝土强度的提高而提高。在表１中通过对含钢率为０．１的不同强度核心混

凝土材料组合的构件承载力提高率的计算得

到：Ｃ３０＋Ａ３（１．３８１）；Ｃ４０＋Ａ３（１．３１４）；Ｃ５０＋Ａ３（１．３００）。可以看出构件的承载力提高率相差不

多，这说明核心混凝土强度的高低对钢管混凝土轴压短柱强度提高率影响不大。同时，文献

［５］采用不同强度混凝土时得到圆钢管混凝土构件在同一套箍指标时的应力－应变关系实验曲线，得出混凝土强度等级越高，强度的提高幅度相对较小的结论。

２．２钢管强度

为了研究钢材等级对构件承载力的影响，通过表１得到在含钢率ρ＝０．１时的下列组合的承载力提高率：Ｃ３０＋１６Ｍｎ为

１．４３２；Ｃ４０＋１６Ｍｎ

为１．３７８；Ｃ５０＋１６Ｍｎ

为１．３５６。与Ｃ３０＋Ａ３为１．３８１，Ｃ４０＋Ａ３为１．３１４，Ｃ５０＋

Ａ３为１．３００。

可以发现，钢管混凝土强度提高率随着钢管强度的增加有所增大。但是钢材的高强度能否得到充分利用还与核心混凝土的横向变形能力有关。根据现有研究成果，钢材的紧箍力总是比钢材的标准强度小，如果含钢率与钢材强度的乘积等于４０ＭＰａ，即使提高钢管混凝土构件钢材的强度也不能使紧箍力得到有效提高。

３钢管径向荷载

在极限状态下，钢管混凝土中核心混凝土横向侧压力由钢管屈服应力确定。建立环向力平衡条件

可见，钢管的侧向压力Ｐ取决于钢管的特性，与钢管的壁厚和强度成正比，与钢管的径成反比．而与混凝土的强度无关．并且由于钢管壁很薄，近似可以得到：

因此，得到：

当钢管的纵向应力到达钢材的屈服强度时，

钢管的环向应力不应超过钢材的屈服强度，即，从而得到钢管径向荷载Ｐ的范围：参考文献

［１］李斌．钢管混凝土结构［Ｄ］．西安建筑科技大学，［博士论文］，２００４．

［２］林宗凡．钢－混凝土组合结构［Ｍ］．山东：同济大学出版社，２００４．

［３］孙汉忠，薛兴伟．钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算［Ｊ］．建筑技术开发，２００４，６．

［４］中国电力行业标准，钢管混凝土组合结构设计规程（ＤＬ／Ｔ５０８５－１９９９）［Ｍ］．北京：中国电力出版社．

［５］薛伟兴，刘洪瑞．钢管混凝土短柱的强度计算［Ｊ］．建筑技术开发，２００３，１１．

［６］余志武，丁发兴．钢管高性能混凝土短柱受力性能研究［Ｊ］．建筑结构学报，２００２，４．

［７］汤关祚，赵炳泉．钢管混凝土基本力学性能的研究［Ｊ］．建筑结构学报，１９８２，１．

［８］张晓庆，钟善桐．初应力对钢管混凝土偏压构件承载力影响的实验研究［Ｊ］．哈尔滨建筑大学学报，１９９７，２．

［９］林宗凡．钢混凝土组合结构［Ｍ］．上海：同济大学出版社，２００４．

作者简介：柳春红，黑龙江省五常市人，黑龙江科技学院教师，工程管理方向，硕士。

责任编辑：魏玉新

摘要：对钢管混凝土短柱力学性能的影响因素进行了探讨分析，通过进行相关的数值计算和理论推导，得出了有益结论，可供进行钢管混凝土设计时参考。

关键词：钢管混凝土，抗压构件，强度

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｓｉｓｅｆｆｅｃｔｆａｃｔｏｒｓｏｎｔｈｅＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＣｏｎｃｒｅｔｅ－ＦｉｌｌｅｄＳｔｅｅｌｔｕｂｅｓｈｏｒｔｃｏｌｕｍｎ，Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｈａｓｒｅｆｅｒ－

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