钢管混凝土短柱极限承载力可靠分析PPT课件

1、钢管混凝土结构简介钢管混凝土结构是在钢管中填充素混凝土而形成的一种组合结构v钢管混凝土的基本形式第1页/共20页钢管混凝土结构简介 钢管混凝土结构的优越性1、承载能力高 2、延展性能好 3、施工方便、耐火性能好、性价比高钢管可以对其核芯受压混凝土施加侧向约束，使钢管内的核芯受压混凝土始终都处于三向受压应力状态，从而可以最大程度的延缓内部混凝土纵向微裂缝的产生和发展v 工作原理：第2页/共20页钢管混凝土结构简介 应用近年来，钢管混凝土柱在工程中应用范围日广，主要用于高层建筑、单层和多层工业厂房等结构中承受巨大轴压力的柱，取得很好的技术、经济效益。第3页/共20页钢管混凝土结构简介第4页/共20

2、页荷载和抗力统计参数v决定构件可靠度的因素第5页/共20页荷载和抗力统计参数 1、荷载的统计分析按照建筑结构可靠度设计统一标准GB 50068-2001 的有关规定，在分析结构的可靠度时，取三种常见的荷载效应组合，即(1)SG + SL办；(2)SG + SL住；(3)SG + SW。S 为荷载效应，下标 G 、L 和W 分别代表永久荷载、可变荷载以及风荷载，住L 指住宅建筑的楼盖活荷载，办L 指办公室活荷载。 荷载类别荷载类别 恒载恒载G 办公室活荷载办公室活荷载L办办 住宅活载住宅活载L住住 风荷载风荷载W 均值系数 1.06 0.7 0.859 0.999 变异系数 0.07 0.29

3、0.233 0.193 分布类型 正态 极值I型 极值I型 极值I型图1 荷载组合时的荷载统计参数第6页/共20页荷载和抗力统计参数v2、结构抗力的统计分析 2.1材料性能的不确定性参数材料性能不定性为钢管和混凝土的不定性系数，钢管混凝土柱常用的材料为Q235 和Q345。 混凝土为C30 C90, 其统计参数见表2。 参数参数 钢材钢材 混凝土混凝土 Q235 Q345 C40 C50 C60 C70 C80 C90Fy（fck）/Mpa 235 345 26.8 32.4 38.5 44.5 50.2 55.7F（fc）/Mpa 215 315 19.1 23.1 27.5 31.8 35

4、.9 39.8均值系数 1.080 1.090 1.355 1.410 1.491 1.489 1.539 1.512变异系数 0.080 0.070 0.138 0.137 0.116 0.101 0.108 0.102表2 材料性能指标统计参数第7页/共20页荷载和抗力统计参数1.2构件几何参数不定性几何参数的各种统计参数和概率分布函数，应以正常生产情况下结构或结构构件几何尺寸的测试数据为基础，运用参数估计和概率分布的假设检验方法确定。当测试数据不足时，几何参数的统计参数可根据有关标准中规定的公差，经分析判断确定。与钢管混凝土承载能力有关的几何参数主要为钢管的外径和钢管厚度，参考钢结构工程

5、施工质量验收规范GB50205-2001，钢管外径均值系数的平均值为1.00，变异系数为0.03；钢管厚度均值系数的平均值为1.00，变异系数为0.02。第8页/共20页荷载和抗力统计参数2.3构件计算模式的不定性确定钢管混凝土轴压短柱计算模型不定性应首先计算每个构件承载力实测值与计算值的比值,再按照概率统计的方法,计算平均值和变异系数,由此得出计算模型不定性的均值系数KP=1.1021和变异系数KP=0.0341,且均服从正态分布。第9页/共20页 构件综合抗力随机变量的统计参数 构件综合抗力随机变量的统计参数钢管混凝土结构构件抗力表达式为：PPRKRRp 按设计规范规定的抗力函数式，是钢管

6、和混凝土材料性能及截面几何特性的函数，它包含了钢管和混凝土两种材料性能的不定性和几何特性不定性；Kp 结构构件计算模式的不确定性；第10页/共20页构件综合抗力随机变量的统计参数根据随机变量函数数字特征运算原则：RPKPR222RPKPR式中：R ,R 构件抗力平均值和变异系数； KP ,KP 构件计算模式不定性的平均值和变异系数； RP ,RP 抗力函数平均值和变异系数。第11页/共20页钢管混凝土短柱轴压承载力计算 钢管混凝土短柱轴压承载力计算式 参考CECS 28-90钢管混凝土设计及施工规程钢管混凝土短柱轴压承载力计算式为:)1 (ccofANCCSSAfAf式中 N0 轴心受压短柱承

7、载力 钢管混凝土套箍指标 fC混凝土的轴心抗压强度 AC钢管内混凝土的横截面面积； fS 钢管的屈服强度 AS钢管的横截面面积第12页/共20页蒙特卡洛法计算方法第13页/共20页蒙特卡洛法计算方法 则结构构件失效概率为第14页/共20页蒙特卡洛法计算方法 按可靠度设计要求,结构构件极限状态方程,即功能函数为:SRZ0 其中:0为结构重要性系数,结构安全等级按二级考虑,0=1; S为承载力极限状态的荷载效应组合的设计值(荷载效应);R为结构构件的承载力设计值(抗力)。根据GB 50068-2001建筑结构可靠度设计统一标准,作用效应S可表达为: 其中:SGk、SQk分别是恒载效应标准值和可变荷

8、载效应标准值,G=1.2,Q=1.4。考虑永久荷载与3种可变荷载组合的情况,即(1)SG + SL办；(2)SG + SL住；(3)SG + SWQKQGKGSSS第15页/共20页 应用蒙特卡罗法分析可变荷载组合、荷载效应比（=SQk/SGk)、混凝土强度等级对极限承载力计算公式可靠度指标的影响。钢管混凝土柱可靠度指标荷载组合 =0.25 =0.50 =1.00 =1.50 =2.00 =2.50 =2.75 =3.00SG+SQ办 3.40 3.54 4.37 4.13 3.65 3.58 3.57 3.51SG+SQ住 4.12 4.15 4.29 4.11 3.74 3.69 3.68 3.64SG+SQ风 3.66 3.74 4.16 3.92 3.57 3.52 3.52 3.46表4 可靠度指标值随荷载组合及荷载效应比值的变化结论：可靠度指标均值随荷载效应比的增大均呈现先增加后降低的趋势。1.可靠度指标值随可变荷载组合及荷载效应比变化的情况第16页/共20页钢管混凝土柱可靠度指标2. 可变荷载组合对可靠度指标值的影响结论：可靠度指标随可变荷载组合情况的变化而变化,在SG+SQ办组合下 可靠度指标值最大,SG+SQ住次之,S