钢管混凝土偏压扭短柱承载力简化计算方法研究.pdf
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1、 第l O 期 2 0 0 7 年1 0 月 广东 土 木与建 筑 GUA NGDONG A RCHI TE C T URE CI VI L E NGI NE E RI NG N o 1 0 OC T 2 0 0 7 钢管混凝土偏压扭短柱承载力简化计算方法研究 尧 国皇 黄用军 宋宝东 孙素文 ( 中建国际深圳设计顾问有限公 司 深圳 5 1 8 0 3 3 ) 摘要 : 在现有研 究成果的基础上 , 推 导了钢管混凝土偏压扭短 柱极 限承载力的计算公式 , 并对偏心率、 扭矩 比、 截 面舍钢率、 钢材屈服强度和混凝 土强度等参数的影响规律进行 分析 , 提 出钢管混凝 土偏压扭短柱极 限承
2、载 力 的简化计算公式 , 其结果准确性 高且偏于安全 , 可为相关工程提供参考。 关键词 : 钢 管混凝土;偏压扭 ;承载力 ;简化计算 1 前 言 钢管混 凝 土是 在劲性 钢筋混 凝土及 螺旋 配筋混 凝土的基础上演变和发展而来的 由于钢管和混凝 土两种不同材料之间的相互作用 使得钢管混凝土 具有承载力高、 塑性和韧性好 、 施工方便 、 耐火性能 好 、 经济效益高等优点 在土建工程中的应用越来越 广 并 取得 良好 的经 济效益 和建筑 效果 。 以往 国内 外研究人员对钢管混凝土构件在轴压 、 纯弯和压弯 荷载作用下的力学性能和承载力计算进行了大量的 研究 还制定 了相应 的设计
3、规程 对此进 行 了较 全 面 的综 述 。 对纯 扭 、 压扭 、 弯 扭及 压 弯扭 受力 状 态 下 的 工作性能也有一些研究报道 但对压弯扭构件工 作机理的研究仍有必要深入进行 在 以往 的钢管 混凝 土构 件 研究 成 果 的基 础上 文献 1 采用通用有 限元 法 A B A Q U S ( H i b b i t t , 2 0 0 3 ) t s 对钢管混凝土构件在复杂受力状态下 的工作性能进 行了较为深入的研究 其分析结果得到了实验结果 的验证 有限元分析的建模方法和材料本构关系模 型的选 取方法详 见文献 1 , 并在此 基础上 对钢管 混 凝土构件承载力实用计算方法进行
4、了研究 计算结 果与收集到的各类实验结果进行了比较 结果表 明 两者 吻合较 好 。文 献 1 给 出的钢 管混 凝 土压 弯 扭 短柱承载力相关方程如下 : 当帅 2 77 。 T 二 时 ( + 0 M M u ) z 4 + ( ) = 1 ( 1 ) 当 I】 0 4 ) 0 J 对于方钢管混凝土: o = 1 + 0 1 4 ( 7 ) 刀 : 一 0 - 3 1 7 5 ( 0 4 ( 8 ) l 0 1 + 0 1 3 4 4 ( 4 0 4 ) 式( 1 ) ( 2 ) 的适用条件如下 : = 0 2 5 0 = 2 3 5 4 2 0 MP a , Au = 3 0 9 0
5、MP a , 口= 0 0 4 0 2 , 各参数的具体 含 义详见 文献 1 。 从式( 1 ) 可见 如果已知钢管混凝土压弯扭短柱所 承受的轴力、 弯矩和扭矩 则可较方便地验算其承载 力 但 在实 际结构 中最常 见的是偏 压扭 的受力状 态 , 采用以上隐式的计算公式就显得较不方便 因此进 行钢 管混凝 土偏 压扭短柱 极 限承 载力 的简化计算 方 法 的研究是 很有必 要 的 2 偏 压扭 短柱 承载 力计 算方法 的推导 以下以圆形截面钢管混凝土为例 ,推导钢管混 凝土偏压扭短柱极限承载力的计算方法。 当 I】 2 77 。 r _ 时,令 M= N e ( e为荷载偏心距) ,
6、代入式( 1 ) 可得 : ( I】 + 。 N e 眠 ) 。 + ( ) = 1 ( 9 ) 将 上 式移项并 开方 可得 : v - ( 1 I】+ 。 CM u ) = 令k = 厂 r = , 且。 e e ( - ) 3 3 2 ) = 4 a i r e r 1 ( 其中 g 为钢管混凝土抗弯强 23 维普资讯 2 0 0 7 年1 0 月 第1 0 期 尧国皇 等: 钢管混 凝土 偏压 扭短 柱承 载力 简化计 算方 法研 究 O C T 2 0 0 7 N o 。 1 0 度计算系数; e r 为荷载偏心率) 。将以上两式代入 式 可得 : N= k ( 1 + ) u r
7、m| 令 偏压扭 短柱 承载力 计算 系数 为 ( ) = , = k( 1 + ) m r 当N N 2 r l 。 T 二 时, 同样令性 e ( e为荷载偏心距 ) , 代人式( 2 ) 并移项可得 : 一 b N 2 N + 0 e M u c N u N - k = O 令 。 c b N 黟 - e M c u 代入式 并求解 得 = ( 一 fl+ X fl 2+ 4 a k) ( 2 a) 又 : ( 4 y ) ( e r ) _ c u= , 代入式 并整理可得 : = ( - ) 2 b ) u 此 时 , 偏压扭 短柱 承载力计 算系数 为 : ( ) = , v u
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