钢管混凝土结构的特点及发展

钢-混凝土组合结构的特点及发展,主讲人：周立,钢-混凝土结构的简介,是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的的新型结构结合了钢结构和混凝土结构的各自优点，易于满足现代土木工程结构对功能的要求，综合效益显著。已经成为结构体系重要的发展方向之一。,混凝土柱破坏（一）,混凝土柱破坏（二）,美国世贸大厦,受到破坏的钢结构柱,满足平衡条件，传力路径明确，直接符合基本的抗震设计原则整体性好，多道防线合理用材，自重轻，使用性、耐久性要好构造简单，施工方便避免或减少裂缝问题,合理的结构设计原则,深圳赛格广场,深圳赛格广场是我国第一座采用钢管高强混凝土柱的钢结构体系超高层建筑，它也是目前世界最高的一座钢管混凝土高层建筑。,1999年建成的深圳赛格广场大厦,地上72层,高291.6m,是目前世界上最高的全钢管混凝土高层建筑。,钢-混凝土组合结构的定义,型钢、板材制品与混凝土组合组合构件含有钢-混凝土组合构件的结构组合结构组合构件-组合梁、组合柱、组合拱、组合板等组合结构体系：建筑结构、桥梁结构等,钢管混凝土结构（ConcreteFilledSteelTube),钢管混凝土结构实例,钢管混凝土的优点,核心混凝土受约束-受力性能好，截面减小，自重减轻，施工方便。避免混凝土开裂。,钢管混凝土柱与普通混凝土柱破坏形态,万县长江公路大桥,主桥采用以钢管高强混凝土为劲性骨架的上承式高强混凝土箱形拱桥，净跨420m，净矢高84m，矢跨比15，一跨过江，无水下基础。,台北101大楼钢管混凝土结构101层，508m,西单地铁车站,大王路地铁车站,钢管混凝土柱的工作性能,1.钢管混凝土柱的几个影响参数(1)含钢率(2)约束效应系数,一般在0.34.0之间，宜大于等于3.0,钢管混凝土规程称为套箍系数（招标）,(3)径厚比或高厚比(4)长细比,2.轴心受压的钢管混凝土短柱（L/D=33.5）,钢管混凝土短柱的一次压缩工作曲线分为三个阶段:（1）弹性阶段oa（2）弹塑性阶段ab（3）强化阶段bc,1.0时，核心混凝土因紧箍效应纵向承载力的提高恰好弥补钢管因异号应力场使纵向承载力的减小，所以出现了塑性的水平段bc。1.0时，核心混凝土承载力的提高超过了钢管纵向承载力的减小，出现了曲线上升的强化阶段bc。1.55时,e0柱两端轴向压力偏心距较大者；rc核心混凝土横截面的半径；M2柱两端弯矩设计值的较大者；N轴向压力设计值。,5.钢管混凝土柱考虑长细比影响的承载力折减系数对单肢柱：,D钢管的外径；Le柱子的等效计算长度，按规程公式计算。,矩形钢管混凝土柱的计算1.轴心受力构件的计算（1）轴心受压构件的强度NNuN轴心压力设计值Nu轴心受压时截面抗压承载力设计值，按下式计算NufAs+fcAc,f，fc分别为钢材和混凝土的抗压强度设计值，考虑地震作用组合时应除以抗震调整系数REAsAc分别为钢管和管内混凝土的截面面积*当钢管截面有削弱时，应按下式计算净截面强度NNunNunfAsn+fcAcAsn钢管的净截面面积,（2）轴心受压构件的稳定性计算轴心受压杆件的稳定系数Nu轴心受压时截面抗压承载力设计值相对长细比，按下式计算：,钢材的屈服强度；钢材的弹性模量；矩形钢管混凝土轴心受压构件的长细比,计算如下轴心受压构件的计算长度；矩形钢管混凝土轴心受压构件截面的折算回转半径，按下式计算,分别为钢管和管内混凝土截面对形心轴的惯性矩；管内混凝土的弹性模量。（3）矩形钢管混凝土轴心受拉构件的强度应按下式计算轴心拉力设计值；钢材的抗拉强度设计值,2.压弯、拉弯构件的计算（1）弯矩作用在一个主平面内的矩形钢管混凝土压弯构件的强度同时满足下式,轴心压力设计值；弯矩设计值；混凝土工作承担系数，按下式计算；,净截面抗压承载力设计值只有弯矩作用时净截面的抗弯承载力设计值，按下式计算f钢材抗弯强度设计值，考虑地震作用组合时应除以抗震调整系数D，B分别为矩形钢管截面垂直和平行弯曲轴的边长,t钢管壁厚；dn管内混凝土受压区高度，按下式计算：,（2）弯矩作用在一个主平面内（绕x轴）的矩形钢管混凝土压弯构件弯矩作用平面内的稳定性：同时满足下式：并应按下列公式计算弯矩作用平面外的稳定性,分别为弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的轴心受压稳定系数系数，值为欧拉临界力，按下式计算：只有弯矩作用时截面的抗弯承载力设计值，按下式计算：等效弯矩系数，按钢结构设计规范GB50017-2003采用,（3）弯矩作用在一个主平面内的矩形钢管混凝土拉弯构件：（4）弯矩作用在两个主平面内的双轴压弯矩形钢管混凝土构件的强度应按下列公式计算：,同时满足下式：分别为绕主轴x、y轴作用的弯矩设计值；分别为绕x、y轴的净截面抗弯承载力设计值,（5）双轴压弯矩形钢管混凝土构件应按下列公式计算绕主轴x轴的稳定性：同时满足下式：,并应按下列公式计算绕主轴y轴的稳定性：同时满足下式：,分别为弯矩作用平面内和弯矩作用平面外的轴心受压稳定系数；分别为在计算稳定的方向对Mx和My的弯矩等效系数，参见钢结构设计规范GB50017-2003；分别为绕x、y轴的抗弯承载力设计值。,（6）弯矩作用在两个主平面内的双轴拉弯矩形钢管混凝土构件应按下式计算式中、等代号与（5）条相同。,钢管混凝土柱节点1.一般规定设计节点式一般应满足以下设计原则：(1)节点应具有足够的整体刚度和承载力，能满足强柱弱梁，节点更强的原则。(2)节点构造应满足实际中采用的计算模型。刚接或铰接，明确而不含糊。(3)节点应满足传递内力的功能要求，传力途径明确，简洁而可靠。,(4)在满足以上三项原则的基础上，尽可能使节点构造简单，节约钢材和施工方便。2.钢管混凝土柱节点（1）外加强环刚接节点（外隔板节点）,横梁为工字