钢管约束混凝土柱的性能与设计(周绪红,刘界鹏著)思维导图
C24章钢管混凝土构件050326
第24章 钢管混凝土构件24.1钢管混凝土的特点与应用配有纵向钢筋和螺旋箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件，当螺旋箍筋间距较小时，可以使核心混凝土三向受压而提高其抗压强度，从而提高了受压构件的承载能力。
工程界常把用外部材料（如钢筋）有效约束内部材料（如混凝土）的横向变形，从而提高后者的抗压强度和变形能力的这种作用称为套箍或约束作用。
钢管混凝土就是将混凝土填入钢管内，由钢管对核心混凝土施加套箍作用的一种约束混凝土（图24-1），它是在螺旋箍筋钢筋混凝土及钢管结构基础上演变发展起来的。
一方面，钢管对混凝土的套箍作用，不仅使混凝土的抗压强度提高，而且还使混凝土由脆性材料转变为塑性材料。
另一方面，钢管内部的混凝土提高了薄壁钢管的局部稳定性，使钢管的屈服强度可以得到利用。
在钢管混凝土构件中，两种材料能相互弥补对方的弱点，发挥各自的优点。
因此钢管混凝土构件具有如下特点：π混凝土钢管NπN图24-1 钢管混凝土受压构件 （1）承载力高：由于钢管和混凝土两种材料的最佳组合使用，构件具有很高的抗压、抗剪和抗扭承载力，其中抗压承载力约为钢管和核心混凝土单独承载力之和的1.7～2.0倍。
由于承载力高，钢管混凝土受压构件比钢筋混凝土受压构件小而轻，适于做成更大跨度的拱结构。
（2）塑性与韧性好：单纯的混凝土属于脆性材料，但钢管内的核心混凝土在钢管的约束下，不仅扩大了弹性工作阶段，而且破坏时产生很大的塑性变形。
试验表明，钢管混凝土构件在反复荷载作用下的荷载～位移滞回曲线饱满且刚度退化很小，说明其耗能性能高、延性和韧性好，适于承受动力荷载，有较好的抗震性能。
（3）施工方便：钢管混凝土结构与钢筋混凝土结构相比，可省去模板，钢管本身作为模板适于采用先进的泵送混凝土工艺且不会发生漏浆现象；钢管替代了钢筋，兼有纵向钢筋和箍筋的作用，但钢管的制作远比钢筋骨架制作省工省料，且便于浇筑混凝土。
在施工阶段，钢管本身重量轻又可作为施工承重骨架，因此，可以节省脚手架、减少吊装工作量、简化施工安装工艺、缩短工期、减少施工用地。
钢管混凝土柱讲解课件
大跨度结构
大跨度结构是指跨度较大的桥梁、大跨度厂房等建筑结构。 由于大跨度结构的跨度较大，传统的梁、拱等结构形式难 以满足其承载力和稳定性的要求。
弯曲稳定性
分析钢管混凝土柱在弯曲作用下的稳定性，评估其在承受弯矩作 用时的安全性能。
稳定性调整
根据稳定性分析结果，对设计进行调整，以提高钢管混凝土柱的 整体稳定性和安全性。
01
钢管混凝土柱的施 工工艺
施工准 备
技术准备
熟悉施工图纸，掌握施工规范， 编制施工组织设计等技术文件。
材料准备
采购钢管、混凝土等原材料， 确保质量合格。
管混凝土柱的轴向承载力。
弯曲承载力
02
通过分析柱的弯矩分布和截面应力状态，计算钢管混凝土柱的
弯曲承载力。
承载力调整
03
根据实际工程需求和相关规范，对承载力计算结果进行调整，
以确保结构安全可靠。
稳定性分析
轴压稳定性
对钢管混凝土柱进行轴向压力作用下的稳定性分析，以确定其在 轴压作用下的极限承载力和安全储备。
钢管混凝土柱讲解课 件
THE FIRST LESSON OF THE SCHOOL YEAR
• 钢管混凝土柱的设计与计算 • 钢管混凝土柱的施工工艺 • 钢管混凝土柱的工程实例
01
钢管混凝土柱简介
定义与特点
定义
钢管混凝土柱是一种将混凝土填入钢 管内形成的一种组合结构，利用钢管 和混凝土的协同作用，达到提高结构 承载力和延性的效果。
便于维修加固
钢管钢骨高强混凝土压弯柱全过程分析
钢管钢骨高强混凝土压弯柱全过程分析刘晓;李敏;王连广【摘要】为了研究钢管钢骨高强混凝土组合柱的压弯性能,采用试验和非线性全程分析的计算程序,对工字形钢骨的钢管钢骨高强混凝土组合构件进行研究.试验主要参数为轴压比（n=0.5～0.85）和钢骨的不同加载方向（强轴和弱轴）.研究结果表明：荷载-挠度典型曲线表现为弹性、弹塑性和破坏的三阶段特征;承载力随轴压比的增加而减小,随截面惯性矩的增加而呈现非线性增长;峰值点挠度随轴压比和加载方向的不同没有明显变化;组合柱符合平截面假定,挠度曲线符合正弦半波分布.纤维模型法编制的非线性分析程序与试验结果吻合较好,并采用此程序系统地分析了轴压比、长细比和混凝土强度等参数对压弯构件荷载-变形曲线全过程的影响.%In order to study the compression-flexural performance of steel tube filled with steel-reinforced high-strength concrete（STSRHC） members,the compression-flexural behavior of I shape of STSRHC were studied by experimental research and non-linear full-range compute program.The parameters in the study include the ration of axial compression（n=0.5-0.85） and different loading direction of steel-reinforce（major axis and minor axis）.The results showed that the typical curve of load-deflection have elastic,elastic-plastic and failure three stages.Bearing capacity of composite column decrease with the increase of axial compression ratio,and increase with the moment of inertia nonlinear increase.The peak deflection isn＇t different with the axial compression ratio and loading direction.The composite member is up to plane section assumption;The deflection of member is up to sine curve.The non-linear compute programby fiber model goes well with the experimental result,and axial compression ratio,slender ratio and strength of concrete are studied on the full-range of load-deflection.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2012(044)006【总页数】5页(P121-125)【关键词】钢管钢骨高强混凝土;压弯承载力;全过程分析;轴压比;长细比.【作者】刘晓;李敏;王连广【作者单位】清华大学土木工程系,北京100084 沈阳大学建筑工程学院,沈阳110044;沈阳大学建筑工程学院,沈阳110044;东北大学资源与土木工程学院,沈阳110004【正文语种】中文【中图分类】TU398.9钢管钢骨高强混凝土(Steel Tube Columns Filled with Steel-Reinforced High-strength Concrete，STSRHC)是将工字钢插入空钢管中，并浇筑混凝土而形成组合构件，与钢骨混凝土和钢管混凝土相比，它具有承载力高、抗震性好、耐火性和耐腐蚀性能好等特点［1－5］.目前，已有对内部为十字形钢骨的STSRHC进行了2个压弯试件研究，并给出了简化计算公式［6］.而对内部为工字形钢骨的STSRHC的研究，主要有:轴压构件的试验和理论研究［7－9］，抗弯构件的试验和理论研究［10］，而对此类构件的压弯试验研究未见报道，但在实际工程中组合柱多处于压弯受力状态，因此本文对这种新型组合构件进行了压弯性能的全过程研究.1 试验概况1.1 设计参数试验设计的压弯柱为5个圆钢管钢骨高强混凝土.参数主要为:轴压比n0(n0=N/N0，N为柱上下两端轴力，N0为轴压极限荷载);加载方向分别沿工字钢的强轴和弱轴;钢管的截面尺寸为○165×4.5mm，钢骨为10号工字型钢，试件长度为825mm，套箍指标θ=0.871(θ=Atfty/Acfck，Ac为截面混凝土面积，fck=48.6MPa为核心混凝土轴心抗压强度标准值，At为钢管面积，fty=330MPa为钢管屈服强度)，配骨指标ρ=0.599(ρ=Asfsy/Acfck，As为钢骨面积，fsy=360MPa为钢骨屈服强度).试件详细情况见表1.表1 试验参数试件名称轴压比n0加载方向计算值P0j/kN试验值Pu/kN Pu/P0 j YW1 0.562 强轴638.28 682.00 1.068 YW2 0.681 强轴 510.12 544.70 1.068 YW3 0.749 强轴 404.25 410.00 1.014 YW4 0.749 弱轴 353.20 368.60 1.044 YW5 0.851 强轴255.44 267.32 1.0471.2 试验现象首先按设计轴压比施加轴向压力，试件始终保持垂直，没有侧向挠度，见图1(a);然后施加水平力，在加载初期，侧向挠度缓慢增加，在达到极限荷载之前没有局部鼓曲，但轴压比较小的试件，钢管受拉侧氧化层脱落的现象较明显，表明受拉侧钢管应变已达到屈服;当达到极限荷载之后挠度迅速增加，且在加载区附近有局部鼓曲现象，见图1(c)，表明内部混凝土已经压碎，受拉侧钢管表面有明显的拉伸现象，具有明显的弯曲破坏特征;试件的跨中挠度在整个加载过程中为最大，且基本符合正弦曲线，见图1(b).图1 试验图2 试验分析由试验得到钢管钢骨高强混凝土压弯构件的荷载-挠度(P-um)曲线，见图2，主要包括弹性、弹塑性和破坏3个阶段:弹性阶段，外部荷载P与挠度um成比例增加，但挠度的增长速度明显落后于外荷载，且预加轴力的大小决定了压弯构件弹性阶段的长短;弹塑性阶段，P-um明显偏离原有直线，荷载的增加速度逐渐减慢，试件达到极限荷载;破坏阶段，部分混凝土逐渐退出工作，试件呈现下降趋势，表现为塑性或强化现象.2.1 影响参数分析本次对钢管钢骨高强混凝土压弯承载力的试验研究，主要分析轴压比和加载方向对承载力的影响.通过试验得到各自的荷载－挠度曲线.1)不同轴压比情况，见图2(a).4个试件除了施加的轴力大小不同之外，其他各个参数均相同，从图中可见，轴压比的增量Δn依次为0.12、0.07、0.10，极限荷载的增加幅度分别为0.201、0.247和0.348，可见承载力的降低幅度不与轴力的增加幅度成线性比例，而是随轴压比的增加，降低幅度越来越大.这是因为随着预压力的增加，加大了截面进入塑性的深度，降低了构件继续承担荷载的能力，所以承载力降低幅度加大.从图2(a)的横坐标分析，轴压比的变化基本没有影响极限荷载(图中黑点)所对应的挠度值，即结构的峰值位移没有太大变化.2)不同加载方向，见图2(b)，对轴压比n=0.749的试件进行了两种方向的加载试验，沿弱轴方向加载的试件(YW4)极限承载力低于强轴方向加载的试件(YW3)，这主要由于二者抗弯能力不同，即YW4惯性矩小于YW3;从下降段分析，可知YW3的下降段斜率比YW4平缓，二者其他参数相同只是改变了内部钢骨的加载方向，这说明钢骨翼缘与钢管对混凝土形成的双重紧箍效应要好于钢骨腹板，从而对试件的破坏起到一定延缓作用.图2 不同参数的荷载-挠度曲线2.2 截面应变分析通过试验测得柱中截面纵向应变沿截面高度分布情况，见图3.所有试件在加载过程中基本上保持平截面变形，但随着荷载的增加，中和轴位置发生改变.在加载初期，中和轴靠近受拉区边缘;之后，随着荷载的增加，中和轴逐渐向受压区偏移，偏移的距离与轴心压力有关，轴压比越大，中和轴越远离形心轴，靠近受拉区. 2.3 侧向挠度分析图4为不同受荷下的侧向挠度.横坐标为试件侧向挠度(u)，纵坐标为试件各点距试件中部与试件高度的比值(x/L0)，n值为各阶段荷载(N)与极限荷载(Nu)的比值.试验结果表明，侧向挠度在荷载作用初期变化幅度较小，当达到80%极限荷载时开始明显增加，且随长细比和偏心距的增加而加大.图3 截面应变分布图4 典型侧向挠度3 数值计算3.1 本构模型与假定钢材本构关系采用5阶段典型方程，混凝土本构关系采用修正后的核心混凝土2阶段典型方程［7］.STSRHC组合柱采用如下假定:① 忽略钢材和混凝土之间相对滑移;②不考虑构件的剪切变形;③截面上应变分布满足平截面;④ 组合柱两端为铰接，侧向挠度为正弦半波曲线.3.2 计算程序根据纤维模型法，将混凝土、钢管及钢骨的截面上进行条带划分，条带划分数量以满足精度为准，利用平衡条件得式中:t和tw分别是钢管壁厚和钢骨腹板厚度;Asf1和Asf2分别为钢骨上下翼缘的面积;dAsi、dAci和dAti分别为对应圆心角dθi的钢骨、核心混凝土和钢管的截面积;σti、σsi和σci分别是钢管、钢骨和核心混凝土的应力;σsf1和σsf2分别是工字钢上下翼缘的应力;rc为钢管内径.具体计算流程见图5.图5 程序流程图3.3 数值计算与试验结果对比按照上述计算程序将试验参数输入程序中，得到数值计算曲线和试验曲线的对比，见图6，全过程曲线形状基本相同，二者的平均误差为1.048，离散系数为0.016，在理想范围内.图6 计算结果和试件结果对比利用程序YWTCSLX对钢管钢骨高强混凝土影响因素进行分析.设定基本参数混凝土强度fck=48.6MPa，fty=fsy=320MPa，配骨指标ρ=0.52，套箍指标θ=0.63，计算长度l0=600mm，钢管半径Rt=100mm，壁厚t=4.2mm，内埋置I10工字钢.计算在其他参数不变情况下，分别改变轴压比、长细比和混凝土等级，由此得到荷载-变形关系的影响曲线，见图7.1)轴压比的影响，见图7(a).组合柱随轴压比的增加承载力降低，曲线下降段的斜率越来越陡，表明构件延性逐渐降低;弹性段随轴压比的增加而减小，因为在预压轴力作用下，构件提前进入弹塑性阶段;此外，图中还表明，当轴压比较小时，增加适当的轴压比有助于构件提高承载能力，如:轴压比为0.4的承载力高于轴压比为0.2的极限承载力.2)长细比的影响，见图7(b).承载力随长细比的增加而降低，但降低幅度逐渐减缓，当长细比λ=4L0/D≥20，构件因失稳而导致变形过大，承载能力将很快丧失.3)混凝土等级的影响，见图7(c).随着混凝土等级的提高，承载能力加强，弹性阶段加大;但过极值点后，曲线斜率随混凝土等级的提高而越来越陡，表明构件延性逐渐降低.图7 计算参数对荷载-变形关系的影响4 结论1)在压弯荷载作用下，组合柱的荷载－挠度曲线呈现弹性、弹塑性和破坏3个阶段特征，其中弹性阶段的长短与预加轴力大小有关，破坏阶段的曲线形式与轴压比有关.2)在压弯荷载作用下，组合柱随轴压比的增加而减小，降低幅度与轴力呈现非线性，但对峰值点的挠度影响不大;强轴方向的承载力高于弱轴，且钢骨翼缘与钢管对混凝土形成的双重紧箍效应要好于钢骨腹板.3)在压弯荷载的整个加载过程中，试件截面始终保持平面;侧向挠度曲线沿构件高度符合正弦半波分布;与计算程序的基本假定相符合.4)钢管钢骨混凝土YWTCSLX非线性分析程序计算结果与试验结果吻合较好.通过参数分析可知:轴压比越大，承载力越低，曲线的下降段越陡;长细比越大，承载力越低，当λ＞20时，转变为失稳;混凝土等级越高，承载力越强，下降段越陡，延性较差.参考文献:［1］ LIN Haihan.The influence of concrete compaction on the strength of concrete filled steel tubes［J］.Journal of Advances in Structural Engineering，2000，3(2):131-136.［2］BRUNEAU M，MARSON J.Seismic design of concretefilled circular steel bridge piers［J］.Journal of Bridge Engineering，2004，9(1):24 －34. ［3］ELLOBODY E，YOUNG B，LAM D.Behavior of normal and highstrength concrete-filled compact steel tube circular stub columns ［J］.Journal of Constructional Steel Research，2006，62(11):706 －715. ［4］LIE T T，KODUR V K R.Fire resistance of steel columns filled with bar-reinforced concrete［J］.Journal of structural Engineering，1996，122(1):30 －36.［5］刘界鹏，张素梅，郭兰慧.圆钢管约束高强混凝土短柱的轴压力学性能［J］.哈尔滨工业大学学报，2008，40(4):528－531.［6］WANG Qingxiang，ZHAO Dazhou，GUAN Ping.Experimental study on the strength and ductility of steel tubular columns filled with steel-reinforced concrete［J］.Journal of Engineering Structures，2004，26(7):907 －915.［7］HE Yibin，XIAO Alin.Limit analysis of steel tubular columns filled with structural steel［C］//Proceedings of the 8thInternational Conference on Steel-Con Crete Composite and Hybrid Structures(Special Issue of Steel Construction).Harbin:［s.n.］，2006:544 －550［8］杨包生.钢骨－钢管混凝土组合柱受力性能的研究［D］.内蒙古:内蒙古科技大学，2006.［9］刘晓，王连广.钢管－钢骨混凝土组合短柱轴压承载力研究［J］.东北大学学报:自然科学版，2010，31(4):589－592.［10］刘晓，王连广.钢管钢骨高强混凝土抗弯构件试验研究［J］.哈尔滨工业大学学报，2010，42(10):1651-1655.。
钢管混凝土柱讲解课件
过程质量控制
对生产过程进行质量监控，及时发现并处理 质量问题。
不合格品处理
对不合格品进行标识、隔离和处理，防止不 合格品流入下一道工序。
05
钢管混凝土柱的安装与维护
安装方法
准备工具与材料
在安装前，需要准备 钢管、混凝土、连接 件、固定件等材料， 以及滑轮、起重机等 工具。
基础制作
根据设计图纸，制作 符合要求的混凝土基 础，确保基础平整、 坚固。
形状设计
考虑美观和功能性，设计柱子 的形状，如圆形、方形或异形
。
节点设计
优化节点连接方式，如焊接、 螺栓连接或法兰连接，确保结
构安全。
防腐与防火设计
根据使用环境，对钢管表面进 行防腐处理，并考虑防火措施
。
04
钢管混凝土柱的生产与制造
生产流程
钢管加工
对钢管进行矫直、切割、打孔 等加工，以满足设计要求。
定期检查
在使用过程中，应定期对 钢管混凝土柱进行检查， 确保其安全可靠。
06
钢管混凝土柱的发展趋势与 未来展望
技术创新与改进
新型材料的应用
随着新材料技术的不断发展，钢管混 凝土柱在材料选择上将更加多样化， 例如高强度钢材、耐腐蚀材料等，以 提高其承载能力和耐久性。
施工工艺的优化
针对钢管混凝土柱的施工工艺，未来 将进一步优化，例如采用更先进的焊 接技术、无损检测技术等，以提高施 工效率和质量。
组装与浇筑
将钢管按照设计要求进行组装 ，并在钢管内浇筑混凝土。
原材料准备
根据设计要求，准备钢管、混 凝土等原材料，并进行质量检 验。
混凝土制备
按照设计配合比，制备混凝土 ，并进行质量检验。
养护与检测
钢管混凝土柱
第七章 钢管混凝土柱
钢管混凝土柱
RC环梁 1
RC框架梁 钢管混凝土柱
RC框架梁
1
钢管混凝土柱
RC环R梁C环梁
抗剪环
RC框架梁
RC框架梁
RC框架梁
RC框架梁
RC框架梁
混凝土柱 环梁
RC框架梁
RC框架梁 RC环梁
环梁节点平面图 钢管混凝土柱
1 RC环梁连接的 1 STRC框C架C梁 柱－RC梁节RC点框架梁
RC框架梁
环梁节点侧面钢管图混凝土柱
抗剪环
RC环梁
RC框架梁
RC框架梁
7.1 概述
8.3.1 一般规定 钢管结构制作和安装的施工单位应具有相应的资质，施工单位应根据批准的施工图设计文
件编制施工详图，这样可以较好地把制作条件、安装技术与原设计文件结合起来，使设计 更趋完善。当需要修改时，应按有关规定办理设计变更手续。 钢管混凝土构件常用作各种柱子，构造较为复杂，应根据工程特点，结合制作厂的条件编
第8章 钢管混凝土结构
第七章 钢管混凝土柱 7.1 概述
第七章 钢管混凝土柱 7.1 概述
第七章 钢管混凝土柱 7.1 概述
第七章 钢管混凝土柱 7.1 概述
第七章 钢管混凝土柱 7.1 概述
第七章 钢管混凝土柱 7.1 概述
第七章 钢管混凝土柱 7.1 概述
第七章 钢管混凝土柱
Failure modes of plain concrete under uniaxial compression
较好的经济性
7.1 概述
第一章 绪论
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)
1.1 混凝土结构一般概念和特点
钢管混凝土柱
• 为了系统地研究更大参数范围内钢管混凝土框架的抗震性能, 以 • 柱截面形状、柱截面含钢率、柱轴压比、梁柱线刚度比等为主要参数, 本文进行了 4 组共计 12 个单层单跨圆形和方形截面钢管混凝土柱-钢
梁平面框架的低周反复荷载试验研究 。
试件设计及制作
• 框架试件的跨度和高度基本上是实际工程框架的1/3 尺寸，在梁的刚度选取中已考虑了组合梁及楼板的刚度贡献,这样即使本文试件中只有钢 梁 ,但其刚度已考虑了楼盖的贡献,使得本文试验中选用的梁柱线刚度比数值更具工程代表意义 。
y 、7. 0 Δ y 、8. 0 Δ y 进 行加载。每级循环的圈数也不一样, 对于 Δ y 前的三级, 每级循环 2 圈,对于 Δ y 后各级,前面 3 级( 1 Δ y 、1. 5 Δ y 、2. 0 Δ y)循环 3 圈 ,其余的循环 2 圈
主要测试仪器及测试指标 • 为了跟踪梁柱构件在试验过程中的应力分布及塑性铰位置,在框架柱底部和上部截面处均设置了应变片 ,底部截面在荷载作用平面内和平面外
• 柱采用冷弯薄壁钢管 ,钢梁由钢板焊接而成, 加强环板及钢梁腹板均及钢管焊接 , 并保证焊缝质量。
• 钢管混凝土中采用了自密实混凝土 • 采用及试件中混凝土同条件养护的标准立方体混凝土试块达到 28 天养护期后 , 依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》( 50081 —2002)测
得平均立方体抗压强度为 42. 72 , 弹性模量为 338002。进行试验时的立方体抗压强度为 52. 62 。
• 由于各试件柱截面形状、含钢率、轴压比等参数不同,发生上述破坏过程时所对应的加载位移及荷载数值不同。随着轴压比的增加框架延性 降低的规律 。随着梁柱线刚度比的减小 ,不仅框架承载力下降, 结构的塑性发展区域范围也有所扩大。
《钢筋混凝土柱》PPT课件
4.4 钢筋混凝土柱
精选课件ppt
1
Axial Compression 轴向受压
Columns are defined as members that carry loads chiefly in compression.
承受压力的构件被称作柱子
eM/N , as in Figure 4.28 (b).
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18
当柱子承受轴力N以及弯距M的共同作用
时，如图4.28a，通常用轴力N作用在距
离轴心e=M/N处取代构件承受的轴力和
弯矩，如图4.28b所示，是一种很简便的
方法。
N M
eN
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19
Balanced failure 界限破坏
当荷载使螺旋筋屈服时，柱子发生破
坏。
精选课件ppt
14
Yield point (Spirally Spirally reinforced column
reinforced concrete shell shows ability to deform
spalls off )
prior to failure
with or without additional longitudinal
bars, and various types of lateral
reinforcement.
精选课件ppt
4
配置纵向结构型钢、钢管或管形材料并 配有各种类型横向钢筋的复合受压构件， 无论是否配置附加的纵向钢筋。
steel shapes 型钢
effect, and if sizable spiral steel is
钢管混凝土管节点的应力集中
本书对钢管混凝土管节点应力集中的影响因素和控制方法进行了总结和分析，为工程实践中合理 设计、制造和使用钢管混凝土管节点提供了重要的理论依据和技术支持。
本书的研究成果对于深入理解钢管混凝土管节点的力学行为、优化节点设计、提高结构安全性具 有重要意义，同时为相关规范的制定提供了科学依据。本书可供土木工程、水利工程、交通工程 等领域的科技人员和研究生参考，也可作为相关专业本科生和研究生的教材或参考书。
精彩摘录
钢管混凝土管节点是建筑工程中重要的组成部分，其应力集中问题一直是工 程师们和研究的重点。近年来，随着科技的不断进步和实验设备的不断完善，对 于钢管混凝土管节点的应力集中问题有了更加深入的认识。本书将选取《钢管混 凝土管节点的应力集中》这本书中的一些精彩摘录进行介绍。
书中第一章节对钢管混凝土管节点的基本概念和特点进行了介绍。作者指出， 钢管混凝土管节点具有承载力高、构造简单、施工方便等优点，因此在桥梁、建 筑等领域得到了广泛应用。然而，钢管混凝土管节点也存在一些问题，如应力集 中、疲劳损伤等，这些问题对于结构的可靠性和安全性具有重要影响。
在第二章节中，作者对钢管混凝土管节点的应力集中问题进行了详细的分析。 作者指出，钢管混凝土管节点的应力集中主要来自于两个方面：一是钢管与混凝 土之间的相互作用，二是因为构造细节（如焊接、螺栓连接等）引起的局部应力 集中。这些应力集中会导致结构过早出现疲劳损伤，影响其使用寿命。
第三章节中，作者提出了几种有效的数值模拟方法，用于预测钢管混凝土管 节点的应力集中。这些方法包括有限元分析、有限差分分析、离散元分析等。通 过这些方法的运用，可以更加准确地模拟钢管混凝土管节点的应力分布和疲劳损 伤过程。
第四章节中，作者对钢管混凝土管节点的优化设计进行了探讨。作者提出了 一些有效的优化策略，如改变钢管的形状、增加加强板、改善焊接工艺等。这些 优化策略可以有效地降低应力集中程度，提高结构的可靠性和安全性。
不同类型混凝土柱的抗震性能综述
不同类型混凝土柱的抗震性能综述发表时间：2020-07-22T03:10:49.389Z 来源：《防护工程》2020年11期作者：党衍菲王占魁[导读] 混凝土柱是建筑结构中的承重构件，传统混凝土柱由于抗震能力差而导致破坏的例子层出不穷，地震严重时则会导致建筑物倒塌。
山东科技大学土木工程与建筑学院山东青岛 266590摘要：混凝土柱是建筑结构中的承重构件，传统混凝土柱由于抗震能力差而导致破坏的例子层出不穷，地震严重时则会导致建筑物倒塌。
本文总结目前几类混凝土柱抗震性能的研究成果，分析混凝土柱抗震性能的特点，希望对提高混凝土结构的安全性能有所帮助。
关键词：抗震性能；普通混凝土柱；约束混凝土柱混凝土柱作为抵御地震荷载的竖向承重构件，在地震作用下由于柱抗震能力差而导致破坏的例子屡见不鲜，严重时则可能引起建筑物倒塌，对人民的生命健康造成巨大的伤害，如1976年的唐山地震、2008年的汶川地震和2010年的玉树地震都造成了无法估量的损失。
同时地震发生时，以独立柱为承重结构的桥墩等结构也往往表现出较差的抗震性能。
因此，研究不同类型混凝土柱的抗震性能显得十分重要。
1.普通混凝土柱的抗震性能对于钢筋混凝土结构而言，在地震荷载作用下柱子要承受弯剪扭的共同作用，一般会发生压弯破坏或者剪切破坏[1]。
目前对于普通混凝土柱研究主要集中在对配筋率、配箍率、轴压比和剪跨比等方面对抗震性能的影响。
马颖[2]、葛文杰[3]、张萍[4]、赵少伟[5]等通过分析轴压比、配箍率、剪跨比和配筋率等因素对钢筋混凝土柱抗震性能的影响，得出以下结论：随着轴压比的增大，柱的抗震耗能减弱，骨架曲线呈捏拢趋势，试件承载力明显下降，延性随之降低；随着剪跨比的减小，柱的水平承载力增大，骨架曲线变化趋势陡峭，延性降低；随着配筋率的的增大，试件的承载力增大；随着配箍率的提高，约束能力明显增强，更好限制混凝土柱的侧向膨胀，提高试件的承载力和延性，改善其抗震性能。
周绪红20090919钢管约束混凝土
2000 kN 压力 传感器 2500 kN 液压 千斤顶 四联杆
0.6 0.4
ccft-140-3-70
0.2 0.0 0 1
c-140-3-70-a c-140-3-70-c
4
ε /με
ε/εu
2
3
圆钢管约束混凝土延性与钢管混凝土无明显差别
均为剪切破坏
承载力对比
组别 试 件编 号 ccft-133-5-70 c-c-1 c-133-5-70-a c-133-5-70-c ccft-140-3-70 c-c-2 c-140-3-70-a c-140-3-70-c c-133-5-75-a-1 m-c-3 c-133-5-75-a-2 c-133-5-75-a-3 c-133-6-75-a-1 m-c-4 c-133-6-75-a-2 c-133-6-75-a-3 c-140-3-75-a-1 m-c-5 c-140-3-75-a-2 c-140-3-75-a-3 c-160-5-75-a-1 m-c-6 c-160-5-75-a-2 c-160-5-75-a-3 159 5.1 480 139 3.3 420 133 6.1 399 133 5.0 399 139 3.3 420 133 5.0 399
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
2046 2330
2347
26.6
0.17
2366 2324 2234
21.8
0.21
2267 2275 2120
42.1
0.10
N /kN
方形截面钢管约束型钢超高强混凝土柱的力学性能
方形截面钢管约束型钢超高强混凝土柱的力学性能刘建伟【期刊名称】《《建材与装饰》》【年(卷),期】2019(000)034【总页数】2页(P31-32)【关键词】钢管约束; 超高强混凝土; 型钢; 含钢率; 应力状态; 内壁涂油【作者】刘建伟【作者单位】山西工程职业技术学院太原 030009【正文语种】中文【中图分类】TU398.91 试验概况1.1 试件的设计试件设计柱高L=540mm，钢管内边长均为180mm，高宽比L/B=3，混凝土强度为C100；为提高核心混凝土的抗剪承载力并便于与前人研究进行对比分析，本试验中型钢采用10#工字钢和焊接组合X形型钢，其中X表示将两个10#工字钢切割后焊接在一起的组合型钢；XZ表示由钢板焊接而成且截面面积与10#工字钢相同的组合型钢，翼缘钢板厚度均为3.7mm，翼缘宽度为50mm，腹板高度95.8mm；腹板钢板厚度为4mm。
钢管应力状态按照钢管的受力性能可分为单向应力状态和双向应力状态。
钢管约束型钢超高强混凝土试件由于在距试件端部约50mm的钢管上开了一个宽度为10mm的槽，阻断了轴向荷载向试件中部的传递路径，因此上下两条槽中间的钢管只承受核心混凝土的膨胀而产生的环向拉应力，该种情形称钢管处于单向应力状态。
如果试件为钢管型钢超高强混凝土试件，即距试件上下端部附近没有开槽，钢管除承受核心混凝土膨胀而产生的环向拉应力外，还承受轴向荷载作用而产生的轴向压应力，此种情形称钢管处于双向应力状态。
1.2 试件制作制作钢管时，首先将钢板按照设计尺寸裁好，接口焊接，保证焊接质量。
然后将钢管两端在车床上刨平，保证钢管两端的平整度和钢管的垂直度，从而保证钢管在轴向荷载作用下的垂直度。
对应每个卷制成的空钢管加工两块240mm×240mm×10mm厚的钢盖板，先将型钢焊接在其中一块盖板上，保证盖板与型钢的几何中心对中；再将空钢管套在上述型钢的外部，一端焊接在已焊上型钢的盖板上，另一端等浇筑混凝土之后再焊接，保证焊接质量。
圆形钢管混凝土柱框架典型节点受力性能分析
圆形钢管混凝土柱框架典型节点受力性能分析王庆江【摘要】圆形钢管混凝土柱框架结构节点构造复杂,目前国内对其受力性能的研究较少.对于很多工程中应用到的节点,没有规范或规程可以作为其设计的依据,因此有必要对圆形钢管混凝土柱框架节点的受力性能进行深入研究.本文采用有限元软件ANSYS建立节点域精细化模型,进行节点受力性能的非线性有限元分析.结果表明,圆形钢管混凝土柱框架结构节点具有良好的承载能力,满足设计要求;加劲板能够有效改善支撑内力较大节点的受力性能.【期刊名称】《水泥技术》【年(卷),期】2018(000)001【总页数】6页(P83-88)【关键词】圆形钢管混凝土柱框架;节点;受力性能;支撑;加劲板【作者】王庆江【作者单位】天津水泥工业设计研究院有限公司,天津300400【正文语种】中文【中图分类】TU398.9圆形钢管混凝土柱框架空间节点连接梁、柱和支撑等关键构件，受力性能复杂。
目前对于在GB 50017-2003《钢结构设计规范》、JGJ 99-2015《高层民用建筑钢结构技术规程》、GB 50936-2014《钢管混凝土结构技术规范》中未进行设计规定的节点，普遍先采用有限元分析方法进行受力分析，再根据分析结果判定节点域是否满足承载力要求[1-3]。
笔者以天津水泥工业设计研究院有限公司某项目中的圆形钢管混凝土柱框架结构典型节点为研究对象，采用有限元分析软件ANSYS，分类建立了节点有限元模型，针对圆形钢管混凝土柱框架复杂节点受力性能进行了非线性有限元分析。
同时，根据分析结果对节点的设计给出了建议。
1 节点分类根据圆形钢管混凝土柱框架结构节点构造形式将框架节点分为5类，如表1所示，各类节点构造如图1所示。
表1 节点分类及模型编号类型编号1 2 3 4 5构造特点连接1根支撑连接2根共面支撑连接2根不共面支撑无柱节点无支撑节点模型编号1～7 8～15 16～37 38～46 47～52图1 典型节点构造图以类型1节点为例说明连接构件规格，类型1包括7个节点，主要为框架边柱节点。
1钢管混凝土柱概述
5.5 矩形截面偏心受压构件正截面受压承载力 的基本计算公式
5.5.1 区分大、小偏心受压破坏形态的界限
b 大偏心受压破坏
b 小偏心受压破坏
图5-20 偏心受压构件正截面在各种 破坏情况时沿截面高度的平均应变分布
5.5.2 矩形截面偏心受压构件正截面的承载力计算
1 矩形截面大偏心受压构件正截面受压承载力的基本计算公式 (1)计算公式
定。
为使间接钢筋外面的混凝土保护层对抵抗脱落有足够的安全， 按式(5-9)算得的构件承载力不应比按式(5-4)算得的大50％。
凡属下列情况之一者，不考虑间接钢筋的影响而按式(5-4)计 算构件的承载力：
(1)当l0/d＞12时，此时因长细比较大，有可能因纵向弯曲引起螺旋
筋不起作用； (2)当按式(5-9)算得受压承载力小于按式(5-4)算得的受压承载力 时；
在荷载突然卸载时，构件回弹，由于混凝土徐变变形的大部分不可恢复， 故当荷载为零时，会使柱中钢筋受压而混凝土受拉，见图5-9；若柱的配筋率 过大，还可能将混凝土拉裂，若柱中纵筋和混凝土之间有很强结应力时，则能 同时产生纵向裂缝，这种裂缝更为危险。为了防止出现这种情况，故要控制柱 中纵筋的配筋率，要求全部纵筋配筋率不宜超过5%。
5.3.1 偏心受压短柱的破坏形态
试验表明，钢筋混凝土偏心受压短 柱的破坏形态有受拉破坏和受压破坏两 种破坏形态。
1 受拉破坏形态
受拉破坏又称大偏心受压破坏，它
发生于轴向压力N的相对偏心距较大，且
受拉钢筋配置得不太多时。
图5-12 受拉破坏时的截面
受拉破坏形态的特点是受拉钢筋先达到屈服强 应力和受拉破坏形态
图5-9 长期荷载作用下截面上混凝土和 钢筋的应力重分布
钢管混凝土柱
度进行验算。为了保证正常施工和结构安全，浇灌钢管的混凝土宜在钢构件安装并验收合 格后进行。考虑到先行浇灌混凝土会使结构调整发生困难，甚至无法调整，钢管管内混凝 土浇灌宜在钢构件安装完毕并经验收合格后进行。 利用空钢管临时承重时，宜避免空钢管受弯及径向受压，并避免产生不易矫正的变形。钢 管中应力的控制应进行验算。 为了保证结构的安全性，钢管混凝土柱防火涂料涂装前柱表面除锈及防锈底漆涂装应符合
第七章 钢管混凝土柱
包钢CSP精整厂房采用钢 管混凝土柱结构
7.2 钢管混凝土短柱的基本受力性能
第七章 钢管混凝土柱
上环板
下环板
牛腿
上下环板牛腿式节点
7.1 概述
第七章 钢管混凝土柱
双梁
双梁 穿心牛腿
双梁节点
7.1 概述
第七章 钢管混凝土柱
端部局部加宽 穿心牛腿
梁端局部加宽式节点
7.1 概述
较好的经济性
7.1 概述
第一章 绪论
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)
1.1 混凝土结构一般概念和特点
第一章 绪论
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)
巫世 山界 长最 江长 大钢 桥管
混 凝 土 拱 桥
1.1 混凝土结构一般概念和特点
第五章 钢－混凝土组合梁板结构
深圳赛格广场
钢管混凝土外框架，内筒也有28 根钢管混凝土柱。是全部采用钢 管混凝土柱的世界最高建筑。
不同截面形式钢管混凝土柱的约束效应研究
不同截面形式钢管混凝土柱的约束效应研究发布时间：2022-12-21T03:36:35.786Z 来源：《城镇建设》2022年16期作者：赵富裕武波周建家[导读] 为探究不同截面形式钢管混凝土柱的约束效应，本文采用合理的材料本构模型赵富裕武波周建家中国建筑第八工程局有限公司西南分公司四川成都 610041摘要：为探究不同截面形式钢管混凝土柱的约束效应，本文采用合理的材料本构模型并基于ABAQUS有限元软件建立了9个不同截面形式钢管混凝土柱的有限元模型，进行轴压分析，获得其荷载-位移曲线，分析不同截面形式、不同约束效应的影响，针对模拟试件进行了受力机理分析，结果表明：圆形、正方形和长方形三种截面形式的钢管混凝土柱的轴压承载力均随着约束效应系数的增大而显著增强；三种截面形式的钢管混凝土柱在相同约束效应系数的情况下，约束效果由好到差分别为圆形截面、正方形截面、长方形截面；在设计正方形截面和长方形截面的钢管混凝土柱时，可以通过设置加劲肋提升约束效果。
关键词：约束效应；钢管混凝土柱；ABAQUS软件；荷载-位移曲线；承载力Research on Confinement Effect of CFST Columns with Different SectionsAbstract：In order to explore the restraint effect of concrete-filled steel tubular columns with different cross sections, this paper adopts reasonable material constitutive model and establishes nine finite element models of concrete-filled steel tubular columns with different cross sections based on ABAQUS finite element software, carries out axial compression analysis, obtains their load displacement curves, analyzes the effects of different cross sections and different restraint effects, and analyzes the stress mechanism of simulated specimens. The results show that: circular?The axial compressive capacity of concrete-filled steel tubular columns with square and rectangular sections increases significantly with the increase of restraint effect coefficient;?Under the condition of the same restraint effect coefficient, the restraint effect of three types of concrete-filled steel tubular columns from good to bad is respectively circular section, square section and rectangular section;?When designing concrete-filled steel tubular columns with square and rectangular sections, you can improve the constraint effect by setting stiffeners.Key words: constraint effect; Concrete filled steel tube column; ABAQUS software; Load-displacement curve; The bearing capacity0引言随着结构不断走向大跨、重载，现代建筑对柱子的承载能力提出了更高的要求，应运而生的钢管混凝土柱已被广泛运用[1]。