傅昶彬系列-组合结构第六章-钢管混凝土结构(2)课件

四川大学建环学院

2015.9傅昶彬课件系列—组合结构第六章钢管混凝土结构

（2）主要内容◆材料和设计指标◆轴心受压构件承载力计算

6.2钢管混凝土构件设计6.2.1钢管混凝土设计规范◆国外规范欧洲规范EC4(2004)澳大利亚规范AS5100(2004)美国混凝土协会规范ACI318(2008)美国钢结构协会规范AISC(2010)英国规范BS5400(2005)日本建筑学会规范AIJ(2008)◆国内规范6.2.1钢管混凝土设计规范

自1989年至今已有行业和地方两方面的设计施工规程十余本。中国工程建设标准化协会标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28:90）

（简称CECS28《规程》）中国工程建设标准化协会标准《矩形钢管混凝土结构技术规程（CECS159:2004）

（简称CECS159《规程》）福建省工程建设标准《钢管混凝土结构技术规程》DBJ/T13-51-2010

（简称福建《规程》）6.2.2钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土的力学性能不仅与两种材料各自的性能有关，而且与两者的“匹配”有关。1.材料要求◆钢管

一般按钢结构用材要求。宜采用螺旋焊接管或直接焊接管,焊缝为坡口对接焊，不得采用搭接角焊缝。◆混凝土

Q235-C30或C40，Q345-C40～C60,Q390或Q420-C50或C60及以上；水灰比≤0.45，加减水剂塌落度宜为160～180mm。6.2.2钢管混凝土材料和设计指标2.参数定义及限值◆含钢率◆约束效应系数

ξ反映截面几何与物理特性，ξ越大约束越强，混凝土强度和延性增加越大。取值范围0.3≤ξ≤4，抗震要求圆管0.6≤ξ，方管1.0≤ξ。6.2.2钢管混凝土材料和设计指标2.参数定义及限值◆径厚比或高厚比D/t◆长细比

基于不发生局部失稳，虽可考虑混凝土支撑的有利影响，但不得大于钢结构D/t的1.5倍，且圆管D/t≤150·235/fyDDB详《钢规》柱150支撑200矩管6.2.2钢管混凝土材料和设计指标3.钢管混凝土的刚度取值直接影响结构分析准确性。◆组合轴压刚度短柱平均应力-应变曲线基本以定性方式确定，各规程公式有别：福建《规程》CECS《规程》6.2.2钢管混凝土材料和设计指标3.钢管混凝土的刚度◆组合弹性抗弯刚度

不仅不考虑粘结，而且还要考虑混凝土的开裂和塑性发展。福建《规程》CECS《规程》规程不同公式有别。6.2.2钢管混凝土材料和设计指标3.钢管混凝土的刚度◆组合剪切刚度取定钢与约束混凝土的本构模型，用有限元程序算出纯扭或纯剪的名义剪应力与剪应变的关系曲线，并以其比例极限定义剪变模量。钢与约束混凝土的本构模型—广义虎克定律？—不同应力水平下的割线模量；—不同应力水平下的泊松比。6.2.2钢管混凝土材料和设计指标3.钢管混凝土的刚度◆组合剪切刚度纯扭构件τ-γ曲线6.2.2钢管混凝土材料和设计指标3.钢管混凝土的刚度◆组合剪切刚度P150式（6-17）P150式（6-18）6.2.2钢管混凝土材料和设计指标3.钢管混凝土的刚度◆组合剪切刚度6.2.2钢管混凝土材料和设计指标4.钢管混凝土的强度指标◆组合轴压强度短柱平均应力-应变曲线弹塑性基本结束钢和砼均达极限标准值设计值短柱轴心受压承载力福建《规程》6.2.2钢管混凝土材料和设计指标4.钢管混凝土的强度指标◆组合抗剪强度纯扭构件典型τ-γ曲线外钢管也达屈服，主要与含钢率、约束系数和组合轴压强度有关，详式（6-22）和式（6-23）。6.2.3钢管混凝土构件承载力验算1.短柱

木柱在L/b≤10时可看作“短柱”，钢筋混凝土柱在L/b≤8时可以称为“短柱”，素混凝土和未配置纵筋的套箍混凝土柱L/b≤4可以称为“短柱”，砖石柱L/b≤3可以称为“短柱”。钢管混凝土在极限状态时，钢管主要起环箍的作用，在纵向的作用很小，在L/D≤4时也可算作“短柱”。6.2.3钢管混凝土构件承载力验算1.短柱钢管混凝土短柱加载方式试验装置6.2.3钢管混凝土构件承载力验算1.短柱钢管混凝土短柱N-ε曲线6.2.3钢管混凝土构件承载力验算1.短柱弓弦效应示意图变形测量示意图钢管纵向应变小于整体平均应变机理解释弹性薄片6.2.3钢管混凝土构件承载力验算1.短柱中建院所作短柱试件外观形态变化过程图6.2.3钢管混凝土构件承载力验算◆短柱中建院部分短柱试件试验以后的外形1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算中建院粗短厚壁钢管混凝土试件试验后外形N-εc曲线荷载N（10kN）纵向应变εc（%）◆短柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算混凝土各阶段的应力状态

（苏）格沃兹杰夫用极限平衡理论求解钢管混凝土短柱承载力Nu◆短柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算极限状态下钢管与混凝土受力简图◆短柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算等测压三向受压混凝土②①◆短柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算据Mises条件………①………②………③………④………⑤◆短柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算◆短柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算同理，可推出P158CECS28依据◆短柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算◆长柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算影响钢管混凝土长柱承载力的主要因素有：●钢管对核心混凝土的套箍强化作用●柱的长细比●作用力的偏心率●柱端约束条件◆长柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算中建院-钢管混凝土长细比影响试验试验装置试验后试件◆长柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算◆长柱1.轴心受压构件中建院长细比影响经验公式对国外资料的校核6.2.3钢管混凝土构件承载力验算◆长柱1.轴心受压构件6.2.3钢管混凝土构件承载力验算据CECS28《规程》