钢管约束混凝土结构的研究和工程应用研究

139
3.3
420
42.1
0.10
2120 2147
c-140-3-75-a-3
2185
c-160-5-75-a-1 c-160-5-75-a-2
159
5.1
480
31.2
0.14
3198 3095
c-160-5-75-a-3
3031
短柱轴压承载力显著高于简单叠加承载力
圆钢管约束混凝土柱轴压承载力高于钢管混凝土柱
2、力学性能可进一步改善
2. 钢管约束混凝土柱
钢管在节点断开,不直接承受荷载,只对核心砼起约束作用
钢筋 砼梁
特点
➢连接方便 ➢约束效果好，抗震性能优越， 轴压比限值高 ➢抗火性能好，无需防火保护 ➢钢管无屈曲问题 ➢充分利用高强混凝土和高强 钢材的强度
钢梁
提高纵筋率，保 证“强剪弱弯”
钢管约束钢筋混凝土柱
C80混凝土试件的破坏模式：剪切破坏
c-210-3-50-a-235 c-210-3-50-b-235 c-210-3-50-c-235 c-210-3-50-d-235
C50混凝土试件的破坏模式：混凝土压溃破坏
3000
3000
3000
3000
N (kN) N (kN) N (kN) N (kN)
5000 10000 15000 20000 25000 ε（με）
➢方钢管、高强砼、高轴压比时，更是如此
➢对混凝土约束效应低，抗震性能差 ➢轴压比限值低 ➢框架短柱层间变形能力差
结构
高强砼
传统 组合
材料
结构
发展
优势
趋势
高强钢材
不明
显
钢管混凝土：限制宽厚 比，不能充分发挥高强 钢材性能，用钢量大
型钢混凝土：限制轴压 比，不能充分发挥高强 材料性能
1、节点构造复杂，施工困难，节点耗材成为困扰工 程应用的主要问题
c-133-5-75-a-1 c-133-5-75-a-2
133
5.0
399
26.6
0.17
2347 2366
c-133-5-75-a-3
2324
c-133-6-75-a-1 c-133-6-75-a-2 c-133-6-75-a-3
133
6.1
399
21.8
0.21
2234 2267 2275
c-140-3-75-a-1 c-140-3-75-a-2
钢管分隔越多，承载力高
N sc
(kN) 1562 1569 1570 1422 1450 1429 1613 1628 1675 1853 1868 1860 1508 1490 1495 2204 2204 2207
N ue Nsc
1.210 1.393 1.600 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
(mm) (mm) (mm)
N ue
(kN)
ccft-133-5-70 c-133-5-70-a
133
5.0
399
26.6
0.17
1890 2186
c-133-5-70-c
2514
ccft-140-3-70 c-140-3-70-a c-140-3-70-c
139
3.3
420
42.1
0.10
1851 2046 2330
钢管约束混凝土结构的 研究和工程应用研究
主要内容
一、钢管约束混凝土柱的特点 二、圆钢管约束混凝土短柱的轴压力学性能 三、圆钢管约束钢筋混凝土框架柱的滞回性能 四、钢管约束混凝土柱典型工程应用
一、钢管约束混凝土柱的特点
1.传统钢管（型钢）混凝土柱的不足
型钢混凝土柱截面
SRC柱截面
型钢混凝土柱—钢梁节点
钢管屈服
c-140-3-70-c
0
0.0
0
10000
20000
30000
0
1
2
3
4
ε /με
ε/εu
圆钢管约束混凝土延性与钢管混凝土无明显差别
剪切破坏面
均为剪切破坏
组别 c-c-1 c-c-2 m-c-3 m-c-4 m-c-5 m-c-6
承载力对比
试测承载力
简单叠加承载力
试件编号
D
t
L
D/t
可不配钢筋笼， 混凝土浇筑方便
钢管约束型钢混凝土柱
二、圆钢管约束混凝土短柱的轴压力学性能
1、圆钢管约束素混凝土轴压短柱
钢管混凝土 模式a
模式c
试验参数：
加载装置 试验内容：
承载力比较 钢管分隔对承载力的影响
6组18个试件 加载方式：单调与反复 混凝土强度：C70、C75 钢管径厚比：20、26、42 钢管强度：Q345
2、圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱
N
位移计 应变片 试件
N
试验参数： 5组20个试件 混凝土强度：C50、C80 钢管径厚比：50、70、100 钢管强度：Q235， Q345
构件模式a 构件模式c
构件模式b
构件模式d (无钢筋)
c-150-3-80-a-235 c-150-3-80-b-235 c-150-3-80-c-235 c-150-3-80-d-235
1
梁纵筋
肋钢筋
梁纵筋
内侧环梁纵筋
内侧环梁纵筋
补强钢筋或钢板
1
1-1 剖面
钢管混凝土柱—钢CF筋ST混柱凝—土RC梁梁：穿筋式节点
梁纵筋
上环板
环板
梁纵筋
竖板 下环板
梁纵筋
钢管混凝土柱—CF钢ST筋柱混—凝R土C梁梁：外加强环节点
达到
➢达承载力前，对混凝土约束不足
➢达承载力时，钢管易屈曲，延性较低
➢钢管直接承载，防火保护费用高
柱内型钢
加劲肋
柱纵筋与箍筋 梁纵筋
加劲肋 排气孔
型钢混凝土柱—S钢RC筋柱混—凝R土C 梁梁：纵筋贯通节点
柱内型钢
梁纵筋
加劲肋
柱纵筋与箍筋 梁纵筋
短短钢钢梁梁或或牛牛腿
腿
加劲肋 排气孔
箍筋贯穿孔
型钢混凝土柱—钢SR筋C混柱—凝R土C 梁梁：纵筋焊接或搭接节点
外侧环梁纵筋 环梁箍筋
环梁纵筋
外侧环梁纵筋
2000
2000
2000
2000
1000
0 0
c-150-3-80-a-235 钢yi管el屈d 服
1000
0
5000 10000 15000 20000 25000 ε（με）
0
c-150-3-80-b-235 钢y管 ie屈ld服
1000
c-150-3-80-c-235 钢yi管el屈d 服
1000
ccft-133-3-70
c-140-3-70-a
c-140-3-70-c
N /kN N / Nu
2500
1.2
骨架曲线对比
归一化骨架曲线对比
2000
1.0
0.8 1500
0.6Βιβλιοθήκη Baidu
1000 500
ccft-140-3-70
0.4
c-140-3-70-a
c-140-3-70-c
0.2
ccft-140-3-70 c-140-3-70-a