圆钢管混凝土柱轴心受压承载力计算分析.pdf
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1、胡栋 : 圆钢管混凝土柱轴心受压承载力计算分析 5 9 圆钢管混凝土柱轴心受压承载力计算分析 胡栋 ( 同济大 学土木工程学院建筑工程系 。 上海2 0 0 0 9 2) 【 摘要】 本文对钢管混凝土柱的形式、 影响钢管混凝土柱承载力的因素行了分析 , 简要介绍钢管混凝土柱 承载力计算公式的四种理论, 并对各国规范计算轴心受压柱公式进行验证 比较, 结果表明各国规范尽管公式在形 式上有所区别, 但考虑因素都大同小异 , 计算结果偏差不大。 【 关键词】 钢管混凝土柱; 受压承载力 【 中图分类号】 T U 3 7 5 3 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 (
2、 2 0 1 1 ) 0 3 0 0 5 9 0 3 CALCULATI ON ANALYS I S 0lF AXI AL LY COM口 E , RES S ED CONCRE I E F LED S TEEL TU BULAR CoLUM NS HU Do n g ( D e p t o f B u i l d i n g E n g i n e e r i n g , T o n g j i U n i v , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : T h e a r t i c l e a n a l y
3、z e s d i f f e r e n t t y p e s o f c o n c r e t e fi l l e d s t e e I t u b u l a r c o l u n l n s a n d f a c t o r s t h a t i n f l u e n c e t h e l o a d c a r r y i n g c a p a c i t y of c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b u l a r c o l u mn s I t a l s o i n t r o d u c e s f o
4、u r c o mp u t a t i o n a l t h e o r i e s f o r c o l u mn s a n d c o mp a r e s the d e s i g n i n g c o d e s i n d i ff e r e n t c o u n t rie s ,t h e r e s u l t s s h o w s t h a t a l tho u g h t h e r e a r e d i ff e r e n c e s a mo n g t h e s e c o d e s ,t h e f a c t o r s o f th
5、e s e c o d e c o n c e rni n g h a v e l i t d e d i ff e r e n c e,a n d t h e c o mp u t a t i o n a l r e s u l t s a l s o h a v e l i t t l e d i f f e r e n c e Ke y wo r d s : c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b u l a r c o l u mn s ;c o mp r e s s i v e l o a d c a r r y i n g c a p
6、a c i t y 1 8 9 7年 J o h n I _ a l l y 在钢管中填充混凝土作为房 屋建筑的承重柱, 距今钢管混凝土结构在土木工程中 的应用已逾百年的历史。2 0世纪 2 0年代前后美 国波 士顿、 纽约、 芝加哥等地 曾将其用于单层、 多层建筑的 承重柱 。苏联于 1 9 3 7年开始对钢管混凝土结构做 系统的研究 , 并在工业厂房、 空间结构和拱桥结构中应 用。在 2 O世纪 6 0年代之后, 钢管混凝土技术在西欧、 北美及 日本等发达工业 国家受到重视, 开展了大量的 实验研究工作, 取得了许多成果, 主要相关设计规程有 E C 4 , B S 5 4 0 0 , A
7、 C I 3 1 8 9 9 ( 1 9 9 9 ) , A I S CL R F D ( 9 9 ) 和 A I J ( 9 7 ) 等。我国于 1 9 5 9年开始研究钢管混凝土, 在 钢管混凝土力学性能研究方面取得了丰硕的成果 , 并 制定了相应的技术规程: C E C S 2 8 : 9 0 钢管混凝土结 构设计与设计施工规程 、 J C J 0 1 8 9 ( 钢管混凝 土结 构设计与施工规程 , D L T 5 0 8 51 9 9 9 钢 一混组合 结构设计规程 等 J 。 1 钢管混凝土柱的性能及研究方法 1 1 钢 管混凝土柱 的形式 目前应用较多的钢管混凝土柱截面形式主要有
8、 以下几 种 , 如图 1 所示。 钢管混凝土柱有长柱与短柱之分, 通常将长径比 图I 图1 钢管混凝土柱截面形式 D4的柱叫做短柱。对于短柱和长柱 , 在受力时, 计算其承载力所考虑的因素略有不同。一般来说 , 计 算钢管混凝土柱的承载力时, 需要考虑的因素有套箍 指标 , 钢管的屈服强度, 混凝土的强度, 柱两端的约束 条件及两端的弯矩 比值等。但对 于长柱, 由于其长细 比较大, 在加载过程中可能会出现失稳的现象, 故而计 算公式中需考虑长细比的影响。这些因素在各种规程 中的计算式中都有体现。 1 2 钢管混凝土柱轴心受压性能 钢管混凝土柱轴心受压时主要有如下特征: 钢 管对混凝土具有套
9、箍约束作用 , 使混凝土处于三向受 压状态, 从而提高混凝土具的抗压强度和压缩变形能 力 ; 借助内填混凝土的支撑作用, 增强钢管壁的几何 稳定性, 改变空钢管的失稳模态 , 从而提高其承载能 力。根据哈尔滨锅炉厂做过的轴心受压对比试验 】 , 6 0 低温建筑技术 2 0 1 1 年第3期( 总第 1 5 3 期) 同等条件下, 圆钢管混凝土柱的承载能力远大于混凝 土柱承载能力, 且其承载能力甚至要大于组成钢管混 凝土柱的混凝土核心柱及外包钢管承载力之和。 在长期荷载作用下 , 钢管混凝土柱中核心混凝土 具有如下一些特点 : t 昆 凝土处于密闭状态, 和周围的 环境没有湿度的交换; 沿构件
10、的轴向收缩将受到外 包钢管混凝土的限制 ; 在受力过程中, 核心混凝土和 外包钢管存在着相互作用 。影响长期荷载作用下 钢管混凝土构件受力性能的主要有加载龄期、 持荷时 间、 轴压比、 含钢率、 钢材种类、 混凝土强度等级、 荷载 偏心率及徐变等。 1 3 承载能力测试方法 目前对于钢管混凝土柱轴心受压的实验方法有 以下三种形式 , 如图2所示。大量实验研究表明, 此三 种加载方法所得的极限承载力值几乎相等 , 只是变形 会有所差别。故柱在轴心受压承载力计算时候, 柱端 的加荷方式造成的影响可以不考虑。 审N 卑牵N 1 4 钢管混凝土柱承载力计算的理论 目前主要有4种钢管混凝土计算理论和方法
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