钢管混凝土组合结构PPT235页

1、钢管混凝土组合结构 第一部分：钢管混凝土结构一般要求和构造 第二部分：圆钢管混凝土柱承载力计算 第三部分：方钢管混凝土柱承载力计算Part 9a ：钢管混凝土组合结构第一部分钢管混凝土结构一般要求和构造 1材料 2圆钢管混凝土杆件 3格构柱1、材料：钢管（1）通常情况下应选择螺旋焊缝连接钢管，因为它容易达到焊缝与母材等强度的要求；（2）当螺旋焊缝钢管的常用规格不能满足要求时，或者管壁较厚时，可采用钢板卷成的直缝焊接钢管，且应采用对接坡口焊缝，不允许采用钢板搭接的角焊缝;（3）无缝钢管的价格较高，且管壁相对较厚，仅当必要时方可采用。钢管：圆钢管可以采用螺旋焊接钢管、直缝焊接钢管或无缝钢管 钢管内

2、的混凝土强度等级，根据承载力的要求与钢管钢等级匹配：1、材料:混凝土 由于钢管是封闭的，混凝土中的多余水份不能排出，因此混凝土的水灰比不能太大; 管径大于500mm的钢管混凝土柱，管内混凝土宜选用补偿或者微膨胀混凝土。Q235钢C30C50混凝土Q390钢C50C80混凝土Q345钢C40C60混凝土2、圆钢管混凝土杆件含钢率含钢率钢管混凝土杆件的含钢率s是指钢管截面面积与内填混凝土截面面积的比值。为了确保空钢管的局部稳定，含钢率不应该小于4，（相当于径厚比D/t100）。一般情况下，合理的含钢率为610。套箍指标套箍指标钢管混凝土杆件的套箍指标，是指其钢管受压承载力设计值与其内填混凝土受压承

3、载力设计值的比值。套箍指标宜控制在0.33.0。下限防止混凝土强度等级过高，钢管套箍能力不足而引起混凝土的脆性破坏。上限防止混凝土强度等级过低使结构在使用荷载作用下产生塑性变形。3、格构式柱o 格构式柱的腹杆采用空钢管。腹杆和柱肢直接焊接，柱肢上不开孔。o 斜腹杆格构式柱：夹角，轴线，净距o 平腹杆格构式98柱；o 三肢或四肢格构式柱应沿柱高度方向设置横隔。横隔间距不应大于柱截面长边的9倍或者8m。第二部分圆钢管混凝土柱承载力计算 1Methodology 2轴压短柱承载力 3受压承载力的影响因素 4受压承载力计算 5例题 6其他计算方法1、轴压短柱承载力计算方法（1）极限荷载：钢管对混凝土提

4、供约束，使混凝土三向受压，从而提高承载力，达到极限承载力时，钢管纵向应力为零，环向应力达到屈服点。（2）塑性工作阶段的承载力：钢管屈服而核心混凝土达到极限强度：关键是如何确定进入塑性阶段时钢管的纵向应力（强度理论：塑性理论、八面体理论、假定钢材和混凝土均为理想弹塑性材料。） (短柱破坏)（3）限制纵向变形来确定轴压承载力：美国ACI319-89混凝土纵向应变0.003时的承载力为轴压承载力。（5）有限元分析（4）试验回归：将钢管混凝土视为一种材料No computer tools are better than the people using them2、轴压短柱承载力钢管混凝土结构设计与施

5、工规程（CECS 28:90)协会标准钢管混凝土结构设计与施工规程（JCJ 01-1989)建材行业标准钢-混凝土组合结构设计规程（DL/T 5085-1999)电力行业标准2、轴压短柱承载力 极限平衡理论：钢管混凝土短柱为钢管和核心混凝土两种部件组成的结构体系。基本假定为n结构变形很小，不考虑几何尺寸变化n结构在材料破坏前不会失稳定n荷载单调递增n钢材屈服、混凝土达到极限压应变后均为理想弹塑性材料，可保持屈服应力不变n在极限状态下，钢管应力状态为纵向受压、环向受拉的双向受力状态，并沿管的壁厚均匀分布。 极限平衡状态下有五个未知量：外荷载、钢管纵向应力和环向应力、核心混凝土纵向应力及钢管对混凝

6、土的侧向压力。2、轴压短柱承载力 利用以下条件进行求解：钢材屈服条件、混凝土屈服条件、轴向力平衡条件、环向力平衡条件，并假定套箍系数已知。单肢钢管混凝土受压柱极限承载力为011.1ccNA f 式中套箍系数宜在0.3-3之间。试验结果表明，在这一范围内时，构件在使用荷载下都处于弹性工作状态，且破坏时有足够的延性。3、受压承载力的影响因素（1）长细比（l0/d）：随着长细比的增大，构件会由材料破坏模式过渡到失稳破坏模式。 当l0/d不大于4当4l0/d303、受压承载力的影响因素（2）荷载偏心率：荷载偏心距与钢管内半径的比值。无论大小偏心，其受压承载力由于偏心影响的降低统一采用偏心影响系数来反映

7、。3、受压承载力的影响因素（3）柱端弯矩分布的影响：柱的两端常有弯矩作用，柱弯矩较小的截面对弯矩较大的截面有一定的横向变形的约束作用，使柱整体刚度变大，不易失稳，从而提高了柱的承载力。 弯矩分布的影响通过等效柱的方法计算，即将实际柱长乘以反映柱端弯矩分布影响的等效长度系数k。 等效长度系数计算分柱两端无相对侧向位移和有相对侧向位移两种情况计算。（原因：当存在侧向相对位移时，由于侧移使偏心力的作用产生P-效应，对承载力有不利影响）。3、受压承载力的影响因素（4）两端支座约束的影响：实际工程中两端不是理想的铰接或者固接，因此采用计算长度的概念来考虑柱端的约束条件：计算长度取实际长度乘以反映约束影响

8、的计算长度系数。（无侧移框架柱的计算长度系数；有侧移框架柱计算长度系数）4、受压承载力计算o 格构式钢管混凝土柱受压承载力计算：由双肢或多肢钢管混凝土柱肢组成的格构式柱，应进行单肢承载力和整体承载力计算。计算单肢承载力时，应先按桁架确定其单肢的轴向力，然后按照受压肢和受拉肢分别计算。o 压肢的承载力按轴压构件计算；拉肢的承载力按钢结构拉杆计算，不考虑混凝土的抗拉贡献。4、受压承载力计算单肢钢管混凝土受压柱极限承载力为 影响钢管混凝土柱承载力的因素：长细比、偏心率、柱子两端弯矩的比值、柱端约束条件等。4、受压承载力计算根据钢管混凝土结构技术规范，单肢钢管混凝土的受压承载力计算00ulelelk

9、lNNkl长细比影响系数偏心率影响系数柱的等效长度系数柱的计算长度系数柱的实际长度支座约束的影响弯矩分布的影响5、例题（1）轴压（2）偏压（3）弯矩分布及限制条件6、其他计算方法：强度增值设计法o （建材行业标准JCJ01-89）o （1）圆钢管轴心受压o 圆钢管混凝土杆件的轴心受压承载力，等于钢管受压承载力与内填混凝土强度增值后的受压承载力之和。承载力计算公式为：11ssccNA fk A fk圆钢管混凝土轴心受压杆件的稳定系数，根据杆件的长细比计算由钢管约束作用引起的混凝土抗压强度提高系数，根据含钢量确定6、其他计算方法：强度增值设计法o 圆钢管混凝土偏心受压杆件的受压承载力设计值：102

10、1.1240.0003essccseeeNA fk A ftfDMeN圆钢管混凝土偏心受压杆件的承载力折减系数的修正系数6、其他计算方法：组合强度法（电力行业标准：DL/T 5085-1999） 将钢管混凝土杆件视为由一种统一的组合材料构成，采用杆件的全截面面积抵抗矩等整体几何特性及其组合性能指标，来计算杆件的各项承载力，不再区分钢管和混凝土。1 考虑钢管和内填混凝土相互作用的套箍效应，得到组合材料在各种应力状态下的荷载变形曲线，从而确定钢管混凝土杆件的各项组合性能设计指标。2思 路6、其他计算方法：组合强度法o 组合强度设计指标：组合轴压强度：0020/0.176/2350.9740.104

11、/200.031.2 211syccysckyckyckysckcA fA fBfCffffffBC 钢管钢材的屈服强度混凝土的轴心抗压强度组合轴压强度标准值6、其他计算方法：组合强度法o轴心受压构件承载力计算1.对于轴心受压圆钢管混凝土构件，考虑杆件初始弯曲所引起的偏心距为l0/1000，按偏心受压杆件确定临界应力，并得到稳定系数。2.圆钢管混凝土轴心受压构件的轴向压力设计值N/ycrscf24scNfD第三部分方钢管混凝土柱承载力计算 1方钢管柱特点 2方钢管承载力计算1、方钢管柱特点（1）适用性：与圆钢管柱相比，高层建筑中若采用方钢管混凝土柱，有如下好处：n在公寓、旅馆、办公楼等高层建筑

12、中，采用方形或矩形柱，有利于建筑平面的布置和房间的使用n具有较大的杆件截面惯性矩和较大的结构抗侧刚度，因而具有较强的抗弯能力n方钢管柱与钢梁的刚性连接节点构造相对简单。n便于使用平板形防火贴面材料的粘贴。1、方钢管柱特点（2）承载能力 与圆钢管柱相比，方钢管混凝土柱的“套箍作用”要弱很多，受压承载力的提高幅度也相对较小。试验表明，方钢管混凝土短柱的极限承载力比空钢管柱和混凝土柱承载力之和大1050。方钢管混凝土柱受压承载力提高主要原因：n 管内混凝土改变了钢管的局部屈曲模式，并抑制了管壁局部屈曲变形的发展，钢管材料局部进入强化，从而提高了钢管的局部稳定承载力；n 方钢管的角部对管内混凝土具有较

13、强的约束作用，从而提高了管内混凝土的轴向抗压强度。1、方钢管柱特点（3）变形能力：n钢管内的混凝土不仅提高了钢管管壁的局部临界应力，在一定程度上抑制了管壁局部屈曲变形的发展，同时由于钢管的约束作用，使管内的混凝土由脆性破坏转变成了塑性破坏，构件整体的延性性能得到了显著的改善。n方钢管混凝土短柱的轴向荷载变形曲线存在下降段，但其下降段有较长的水平段，因此其延性比空钢管短柱有较大提高。n在往复荷载作用下，方钢管混凝土柱也具有较好的延性，延性系数随钢管板件的宽厚比减小而增大，随内填混凝土强度等级的提高而降低。2、方钢管柱承载力计算：轴压构件（1）美国LRFD规程：n考虑构件的整体稳定性，将混凝土的强

14、度折算到钢材中，得到钢材名义抗压强度，然后计算出方钢管混凝土轴压构件的承载力221.50.658/1.50.877/0.85/crscrccrcmyccrcmytmyyccsNA FFFFFFffAA当时，当时，构件的换算长细比2、方钢管柱承载力计算：轴压构件（2）国家军用标准GJB4142-2000战时军港抢修早强型钢混凝土组合结构技术规程。方钢管混凝土轴心受压构件的承载力验算公式：scscscscNA fAf轴心受压稳定系数方钢管混凝土构件的截面面积方钢管混凝土构件轴心受压组合强度设计值2、方钢管柱承载力计算：轴压构件（3）叠加法：轴心受压方钢管混凝土构件，钢管和混凝土的强度因相互约束而得到增强，其承载力可表示为：ultsyccuNA fA f提高系数钢管混凝土短柱受压破坏过程钢管处于纵向受压环向受拉，混凝土处于三向受压状态。从开