钢管劲性骨架砼构件实用计算方法研究

如下：
表 1 单肢钢管劲性骨架砼构件的稳定系数表
l0 D
≤7 8 .5 1 0.5 1 2
14 1 5.5 1 7
19
21 22.5 24
1.00 0.98 0 .95 0.92 0.87 0 .81 0.75 0.7 0 0 .65 0.60 0.5 6
l0 D 26 28 2 9.5 3 1 33 3 4.5 36 .5 38 40 41.5 43
筋率＞
3
%时，式（2
）中
A c
0
用
(
A c
0
A) s0
代替；
fck0 —为外包钢筋砼的立方体抗压强度标准值；
fy0 —为外包钢筋砼中钢筋的屈服强度； Acft —为核心钢管砼的截面面积；
fscy —为核心钢管砼的轴压强度指标。
核心 钢管砼的 轴压强 度指标
f scy
的计算需 考虑钢管 的约
束效应系数 ξ的影响，具体计算公式如下：
3．压弯承载力
为简化 公式，压弯承载力的计算不考 虑外部钢筋砼和内
部钢管砼的组合作用，单纯等效为两部分叠加，公式如下：
当N
<
N
cr CF
T
时，
M
= M1 + M2
（1.6a）
当 N ≥NCcrFT 时， M = M2
（1.6b）
式中： Ncr —为核心钢管砼构件的轴压稳定承载力，稳 CFT
定系数按表 1 中取值；
α—为受压区砼截面面积与全截面面积的比值； αt —为 纵向受 拉钢筋 截面面 积与全 部纵向 钢筋截 面面
γm — 为 抗 弯 强 度 承 载 力 计 算 系 数 ，
γm = 1.1+ 0.48In( ξ+ 0.1) 式（7）中的其它计算参数的计算如下：
a= 1
2
2； b =
1
3
0
η2 0
；c =
2( 0 1) ；
η0
0 = 0.18ξ1.15 + 1 ；
0.5 0.2445ξ η0 = 0.1 + 0.14ξ0.84
和极限平衡理 论，实践证明两种方法计算 精度相当，结果大
体一致。据此 本文编写了一套简单实用的 钢管劲性骨架砼构
件的计算方法 即：不考虑外部钢筋砼和内 部钢管砼的组合作
用，单纯等效 为两部分承载力叠加，并引 入相关系数考虑其
承载力的计算方法。
二、单肢钢管劲性骨架砼的计算方法
1．轴压强度承载力
单肢钢管劲性骨架砼轴压强度承载力公式如下：
M1—为核心钢管砼的抗弯承载力； M2—为外包钢筋砼的抗弯承载力。
核心钢管砼的抗弯承载力 M1 按下式（7）计算：
1N
aM
+
=1
Nu
d Mu
( N N ≥2 3 η)
u
0
2
N b
( ) c
N
1 +
M
=1
N N <2 u
3η 0
Nu载力，按式（3）计算； Mu —为核心钢管砼纯弯荷载作用下的极限抗弯承载力， 按式（8）进行计算。
fscy = (1.212 +ηsξ+ηcξ2 ) fcki
（4 ）
ξ 式中：
—为钢管的约束效应系数，ξ=
As fy Ac fcki
，其中
fy
为钢管的屈服强度； fcki 为钢管内砼立方体抗压强度标准值；
As 和 Ac 分 别 为 钢 管 和 钢 管 内 砼 的 截 面 面 积 。
ηs
=
0
.1
75
9
Nu0 = NRC + NCFT
（1）
式中：
N RC
—为外包钢筋砼的轴压强度；
N CFT
—为钢管砼的轴压强度；
NRC 和 NCFT 分别可按下式进行计算：
N =A f + f A
RC
c0 ck 0
y0 s0
（2）
N =A f
CF T
cft s cy
（3）
式中：
A c0
—为外包钢筋砼的面积；
As 0 —为外包钢 筋砼中纵向钢筋的面积， 当纵向钢筋配
0.52 0.48 0 .44 0.40 0.36 0 .32 0.29 0.2 6 0 .23 0.21 0.1 9
注：D
为单肢钢管砼构件圆形截面
的外直径；
l
0
为构件
的计算长度。
由表 1 中的数据，可得出单肢钢管劲性骨架砼构件轴压
稳定系数与长径比 l0 D 的关系曲线如图 1 所示。
图 1 单肢钢管劲性骨架砼构件的稳定系数
收稿日期：2 01 1- 0 6- 15 作者简介：汪永田（1 98 1- ），男，湖北黄梅人，深圳高速工程顾问有限公司工程师，研究方向为桥梁检测。
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中国 水运
第 11 卷
M =γW f
u
m scm scy
（8）
fscy —核心钢管砼轴压强度指标，按式（4）计算；
Wscm—为钢管的截面抗弯模量；
f y
235+ 0.974，ηc =
0.1038 fck
20 + 0.0309 ，ηs 、
η为计算系数，。 c
2．轴压稳定承载力
单肢钢管劲性骨架砼轴压稳定承载力计算公式为：
Nucr = Nu0
（5）
Nu 按式（1）计算， 为单肢钢管劲性骨架砼构件的稳
定系数，按《砼结构设计规范》(GB50010-2002)表 7.3.1 计算
第 11 卷 第 8 期 2011 年 8 月
中国水运 Chi na Wat er Tr a ns por t
Vol . 11 Augus t
No. 8 2011
钢管劲性骨架砼构件实用计算方法研究
汪永田
（深圳高速工程顾问有限公司，广东 深圳 518034）
摘 要：针对劲性骨架钢筋砼拱桥，国内外开展了大量研究，且建成了多座同类桥梁，最大跨径达 420m。但该类桥
(ξ≤0.4) (ξ> 0.4)
外包钢筋砼的抗弯承载力 M2，根据现行规范《钢筋砼结 构设计规范》(GB50010-2002)进行计算：
N
≤αα1
f
c
k
0
A c
0
+
(α
)α1
fA y0 s 0
Nηe1 ≤α1 fck 0 Ac0 (r1 +
r2
)
sin πα+ 2π
fy
0
As
0
rs
(si
n
πα si π
梁计算理论仍停留在钢筋砼桥梁的水平上，未能形成完 整的设计理论和计算方法。因此，研究钢管劲性骨架钢筋砼
构件承载能力的实用计算方法具有重要的现实意义。
关键词：劲性骨架；钢管砼；实用计算
中图分类号：TU398. 9
文献标识码：A
文章编号：1006- 7973（2011）08- 0095- 02
一、引言
目前钢管劲性 骨架砼构件承载力计算主要 采用统一理论
n
πα1 )
系数和偏心距按 αt = 1 1.5α； ei = e0 + ea 计算。 式中： r1, r2 —分别为环形外包砼截面的内、外半径，即
r=
1
d
2,r = 2
D
2；
rs —为外包钢筋砼中纵向钢筋重心所在圆周半径；
e0 —为轴向压力对截面重心的偏心距；
ea —为附加偏心距， ea = max( 20,D 30) ，单位 mm；