钢管约束混凝土ppt课件

周绪红教授兰州大学刘界鹏副研究员兰州大学（哈尔滨工业大学）张素梅教授哈尔滨工业大学张小冬教授哈尔滨工业大学甘丹博士生兰州大学李江硕士生兰州大学,钢管约束混凝土结构的研究与工程应用,2010年9月19日于大连,1,主要内容,2,1.传统钢管（型钢）混凝土柱的不足,一、钢管约束混凝土柱的特点,3,型钢混凝土柱钢筋混凝土梁,4,5,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,6,1、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2、力学性能可进一步改善,高强钢材,高强砼,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,7,2.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,钢管约束钢筋混凝土柱,钢管约束型钢混凝土柱,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,可不配钢筋笼，混凝土浇筑方便,提高纵筋率，保证“强剪弱弯”,8,加载装置,钢管混凝土,模式a,模式c,1、圆钢管约束素混凝土轴压短柱,试验内容：承载力比较钢管分隔对承载力的影响,试验参数：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：Q345,二、圆钢管约束混凝土短柱的轴压力学性能,9,ccft-133-3-70,c-140-3-70-a,c-140-3-70-c,均为剪切破坏,骨架曲线对比,归一化骨架曲线对比,圆钢管约束混凝土延性与钢管混凝土无明显差别,10,承载力对比,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钢管分隔越多，承载力高,试测承载力,简单叠加承载力,11,2、圆钢管约束钢筋混凝土轴压短柱,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,加载装置简图,12,c-150-3-80-a-235,c-150-3-80-b-235,c-150-3-80-c-235,c-150-3-80-d-235,C80混凝土试件的破坏模式：剪切破坏,C50混凝土试件的破坏模式：混凝土压溃破坏,13,归一化的荷载-变形曲线对比,构件模式对承载力、延性无明显影响,钢管屈服点对应于峰值荷载点,环向应变与纵向应变之比,破坏阶段主要是环向应变,14,3、圆钢管约束型钢混凝土轴压短柱,试验参数：3组11个试件混凝土强度:C80钢管径厚比:70,100钢管强度:Q235,Q345,cs-210-3-80-a-235,cs-210-3-80-b-235,cs-210-3-80-c-235,CSRC-210-80,C80高强混凝土试件的破坏模式为剪切破坏,15,荷载-变形曲线对比,归一化的荷载-变形曲线对比,钢管屈服点对应于峰值荷载点构件模式对承载力、延性无明显影响,钢管屈服强度对荷载-变形曲线的影响,钢管径厚比对归一化的荷载-变形曲线的影响,钢管屈服强度提高，承载力提高，但延性变化不明显钢管径厚比对延性影响不显著,16,圆钢管约束型钢混凝土柱的承载力高于型钢混凝土柱的承载力其承载力高于简单叠加承载力,承载力对比,试测承载力,简单叠加承载力,17,极限承载力,约束混凝土承载力,纵筋承载力,型钢承载力,约束混凝土抗压强度,非约束混凝土抗压强度,混凝土的约束应力,承载力公式与试验结果对比,基本假定：钢管屈服点对应于极限承载力点极限承载力点处，钢管沿环向屈服,4、圆钢管约束混凝土短柱的承载力计算,18,压弯构件详图,三、圆钢管约束钢筋混凝土框架柱的滞回性能,1、压弯构件滞回性能的试验研究,19,框架柱滞回试验的加载和测量装置,框架柱滞回试验的加载和测量装置,20,试验内容轴力、往复水平荷载作用下的性能与钢筋混凝土构件的抗震性能对比研究轴压比对抗震性能的影响研究砼强度对抗震性能的影响,试验参数：5个试件混凝土强度：C60、C30钢管径厚比：86钢管强度：Q345试验轴压比：0.34-0.8剪跨比3.0,滞回试验加载制度,21,(a)CRC-60-8,(b)CTRC-60-8,(c)CTRC-60-6,(d)CTRC-30-8,(c)CTRC-60-3,试件破坏形态：在端部D/2处破坏,22,混凝土对比试件,轴压比相同,荷载-位移滞回曲线,23,骨架曲线对比,钢管约束的影响,轴压比的影响,混凝土强度影响,钢管约束混凝土承载力高、延性好轴压比提高、承载力提高，但不降低延性提高混凝土强度并不降低延性和变形能力,24,改进的纤维模型法：平截面假定钢筋和约束混凝土的滞回模型考虑钢管对核心混凝土的约束变化,2、压弯构件滞回性能的数值模拟,25,荷载(P)-位移()分析程序框图,M-N-分析程序框图,26,理论与试验曲线的对比,27,3、压弯构件的恢复力模型,截面弯矩-曲率恢复力模型,荷载-位移恢复力模型,28,恢复力模型与试验的比较,29,4、框架短柱滞回性能的试验研究,4个试件混凝土强度：C70钢管径厚比：75钢管强度：Q345试验轴压比：0.35-0.55剪跨比1.5,30,(a)CRC-70-6-1.5,(b)CTRC-70-6-1.5,(d)CTRC-70-4-1.5,(c)CTRC-70-5-1.5,钢筋混凝土超短柱发生剪切破坏，钢管约束钢筋混凝土超短柱不发生剪切破坏,31,钢管约束的影响,轴压比的影响,钢筋混凝土超短柱的变形能力难以满足抗震要求钢管约束混凝土超短柱的抗剪承载力高、延性和变形能力好钢管径厚比可进一步降低轴压比提高，承载力提高、延性与层间变形能力并不降低,骨架曲线对比,32,圆钢管约束钢筋混凝土短柱荷载-位移恢复力模型,荷载-位移恢复力模型与试验结果的对比,5、框架短柱的恢复力模型,33,计算抗弯承载力与试验结果的对比,基本假定：平截面假定极限承载力点处，钢管沿环向屈服边缘纤维极限压应变为约束混凝土峰值应变的1.5倍,计算方法：采用中国规范GB50010或美国规范ACI的边缘纤维极限应变计算方法将约束混凝土强度代入中国规范建议的简化公式,6、圆钢管约束钢筋混凝土的抗弯承载力,34,圆钢管约束型钢混凝土框架柱的性能方钢管约束混凝土轴压短柱的力学性能方钢管约束钢筋混凝土框架柱的滞回性能方钢管约束型钢混凝土框架柱的滞回性能钢管约束混凝土柱的设计方法,35,大连市重点工程框架柱+弦支穹顶,低层柱子高为5.4m，剪跨比1.5，为超短柱。采用普通钢筋混凝土柱，不能满足罕遇地震设计要求。采用传统钢管混凝土柱或型钢混凝土柱，节点构造困难、施工复杂、造价偏高,结构整体计算模型,1.01.8m框架柱,1、大连市体育馆,弦支穹顶屋盖,四、钢管约束混凝土柱典型工程应用,36,钢管约束钢筋混凝土柱详图,37,(a)钢管现场吊装,(b)混凝土完成浇筑,钢管约束钢筋混凝土柱施工,38,中国石油总公司东北销售总部。176m超高层，筒中筒结构，主体结构地下4层，地上43层，外筒地下4层至地上3层为框架，从第4层开始由框架结构体系转换为桁架筒体结构体系，4层至43层为交叉桁架筒体；群房部分地下4层，地上4层。地下4层至地上8层竖向柱和斜柱均采用钢管约束钢筋混凝土柱,2、大连中国石油大厦,39,主体结构平面布置图,40,主体结构立面布置图,41,钢管约束钢筋混凝土柱截面配筋与梁柱节点,42,3、黑龙江省博物馆自然展厅,右侧的狭长多边形部分为历史展厅，左侧的碗型部分为自然展厅部分。碗型自然展厅部分的底面直径为43.0m，顶面直径为83.7m。碗型建筑共分3层，层高7.5m。结构体系：框架-剪力墙，空间钢结构；结构整体属大型复杂结构,43,6根竖直柱：圆钢管约束型钢混凝土,20根弧形斜柱：方钢管约束型钢混凝土,44,4、大连市体育场,大连市重点工程，2013年全运会足球比赛场地之一。结构体系：下部混凝土框架结构看台+上部钢结构悬挑桁架罩棚,45,支承钢结构的悬臂柱剪跨比达1.5，是超短柱罕遇地震作用下，可能发生脆性剪切破坏,136根悬臂柱采用钢管约束钢筋混凝土柱充分发挥其抗震性能优越和梁柱节点连接方便的特点,68榀钢结构平面桁架罩棚，悬挑长度平均达40m，最大达48m,大连市体育场结构剖面图,46,5、丹东奥体中心体育场,2013年全运会足球比赛场地之一结构体系：底部框架+顶部大、小钢结构拱形桁架罩棚罩棚最大跨度达到了288m，为超限结构，进行了抗震超限审查,47,结构整体计算模型,下部框架结构计算模型,支承上部钢结构罩棚的38根直径1.2m的柱子为悬臂柱，高度不一致，属长短柱混用，是抗震薄弱环节超限审查认可采用钢管约束混凝土柱,48,概括：地下2层，地上40层，结构高度200m，为黑龙江省重点工程；建成后将成为哈尔滨的最高建筑，也将成为哈尔滨的标志性建筑之一，是哈尔滨发展高新技术产业集群的核心建筑结构体系：框架-核心筒；顶部外形逐渐缩小部分为：钢框架-支撑结构结构材料：外框架柱和内部核心筒混凝土强度等级均为C60,6、哈尔滨科技创新大厦,49,，,结构一层顶不设楼板，一层和二层贯穿而形成大