傅昶彬课件系列—组合结构第六章钢管混凝土结构(3)

1、拉拉、弯和压弯构件承载力验算弯和压弯构件承载力验算钢管混凝土格构式柱设计钢管混凝土格构式柱设计新型钢管混凝土柱新型钢管混凝土柱6.2 钢管混凝土构件设计钢管混凝土构件设计6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算2.轴心受拉构件轴心受拉构件 轴心受拉，钢管为双向受拉状态，有利材料强度轴心受拉，钢管为双向受拉状态，有利材料强度发挥，受约束钢管轴心受拉承载力比不受约束轴心受发挥，受约束钢管轴心受拉承载力比不受约束轴心受拉承载力要高。拉承载力要高。取定钢管混凝土三向本构模型，当含钢率取定钢管混凝土三向本构模型，当含钢率= 0.040.2时，由数值计算有：时，由数值计算有： 矩形钢管

2、混凝土矩形钢管混凝土圆钢管混凝土圆钢管混凝土1.151.051.21 . 1sututsNN 轴心受拉承载力公式，福建轴心受拉承载力公式，福建规程规程考虑约束效应，考虑约束效应，CECS规程规程忽略约束效应。忽略约束效应。6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算3.受弯构件受弯构件M-曲线曲线 scscyumscyscuWfMfWfM , 1 . 0ln1 . 1 m 1 . 0ln04. 1 m圆钢管混凝土圆钢管混凝土矩形钢管混凝土矩形钢管混凝土一定时一定时和和当当scyscfWscscmuuWfMMM 福建福建规程规程单向单向弯矩弯矩双向双向弯矩弯矩18 . 18 .

3、1 uyyuxxMMMMCECS规程规程可按压弯公式取可按压弯公式取N=0计算？计算？P1626.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算4.压弯构件压弯构件中建院中建院-长柱试验方案长柱试验方案 为了能较好地观为了能较好地观察长细比和偏心率对察长细比和偏心率对钢管混凝土柱力学行钢管混凝土柱力学行为的影响，并据之建为的影响，并据之建立承载力计算方法，立承载力计算方法，中建院采用了棋盘式中建院采用了棋盘式的试验方案。的试验方案。e0/rcL/D CECS28规程规程以此试验为据建立压以此试验为据建立压弯构件承载力公式弯构件承载力公式00NNNel 6.2.3 钢管混凝土构件承载力

4、验算钢管混凝土构件承载力验算4.压弯构件压弯构件中建院长细比影响经验公式对国外资料的校核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钢管混凝土构件承载力验算4.压弯构件压弯构件长细比长细比L0/D总折减系数总折减系数中建院中建院-偏压柱总折减系数试验结果汇总偏压柱总折减系数试验结果汇总6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算4.压弯构件压弯构件中建院中建院-偏心距影响系数偏心距影响系数clueDLelureNNNNl004115. 01085. 111 实实实实实实实实由由 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算4.压弯

5、构件压弯构件不同方式得到的不同方式得到的N-M相关曲线相关曲线6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算4.压弯构件压弯构件相关曲线相关曲线uuMMNN 响响长细比对相关曲线的影长细比对相关曲线的影由数值计算及由数值计算及参数分析参数分析，图中，图中A点坐标点坐标 2010ff圆管和矩管具体表达式见圆管和矩管具体表达式见P162-163式式6-47和式和式6-48可按直线描述可按直线描述可按抛物线描述可按抛物线描述6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算4.压弯构件压弯构件福建福建规程规程计算方法计算方法平面内平面内平面外平面外（只针对矩管）（只针对矩管）

6、11122 umuuumuMMdNcNNbNMMdaNN 时时当当032 uNN14 . 1 umuMMNN 时时当当032 uNN 00200012121 cba 矩管矩管圆管圆管EENNNNd25. 014 . 01CECS28规程规程计算方法计算方法6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算4.压弯构件压弯构件CECS159规程规程计算方法计算方法 cecelelelreredlNN0004 . 085. 11114115. 01 时时当当4 dle 时时当当55. 10 cre 时时当当55. 10 cre 时时当当4 dle 对于矩管压弯构件，要求分别验算强度和稳对

7、于矩管压弯构件，要求分别验算强度和稳定。其稳定计算公式与钢结构规范的压弯构件计定。其稳定计算公式与钢结构规范的压弯构件计算公式有一定的相似度。见算公式有一定的相似度。见P165P167例题例题6-3例题例题6-4用此公式用此公式无法计算无法计算受弯构件受弯构件的承载力的承载力6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算5.局部受压局部受压 在基顶和柱顶可能出现局部受压情形。基顶情形在基顶和柱顶可能出现局部受压情形。基顶情形可按可按混规混规局压公式处置，柱顶钢支座局压可按教局压公式处置，柱顶钢支座局压可按教材公式解决。材公式解决。福州大学福州大学刘威博士论文刘威博士论文钢管混凝土

8、钢管混凝土局部受压时局部受压时的工作机理的工作机理研究研究6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算5.局部受压局部受压局部受压示意图局部受压示意图uLcLuLNKNNN ，1 41,查表，查表， jfBnBfKjjrjLc 51,查表，查表， ifAnAfKiiriLc 圆形钢管圆形钢管矩形钢管矩形钢管 sccssasrLcAAEAEEDEtEnAA 25. 0331 . 1, 6.钢管初应力影响的验算钢管初应力影响的验算6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算无初应力无初应力有初应力有初应力初应力对偏压柱初应力对偏压柱N-um的影响的影响 初应力最多可

9、初应力最多可使极限承载力降低使极限承载力降低20%。 福建福建规程规程规规定，钢管初应力不宜定，钢管初应力不宜超过超过0.35s f, 当超过当超过时时, 钢管混凝土承载钢管混凝土承载力应乘影响系数，即力应乘影响系数，即 freffkNkNsnnpup 000,801 7.长期荷载作用的影响长期荷载作用的影响6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算长期荷载作用对承载力的影响长期荷载作用对承载力的影响 混凝土徐变将造成钢管与混凝土的内力重混凝土徐变将造成钢管与混凝土的内力重分布、抗弯刚度降低、挠度增大和承载力降低。分布、抗弯刚度降低、挠度增大和承载力降低。 ,0refkNkN

10、crucruL 核心混凝土收缩的计算核心混凝土收缩的计算 混凝土收缩可能使钢管脱空，降低承载力和工混凝土收缩可能使钢管脱空，降低承载力和工作可靠性。对较大截面尺寸的钢管混凝土，可采用作可靠性。对较大截面尺寸的钢管混凝土，可采用美国工程师协会规范公式计算收缩应变量，然后在美国工程师协会规范公式计算收缩应变量，然后在混凝土中添加适量的膨胀剂消除其收缩。混凝土中添加适量的膨胀剂消除其收缩。6.2.4 钢管混凝土格构式柱的设计钢管混凝土格构式柱的设计1.格构式住的组成格构式住的组成双肢格构柱双肢格构柱6.2.4 钢管混凝土格构式柱的设计钢管混凝土格构式柱的设计1.格构式住的组成格构式住的组成三肢格构柱

11、三肢格构柱四肢格构柱四肢格构柱6.2.4 钢管混凝土格构式柱的设计钢管混凝土格构式柱的设计2.剪切变形对虚轴稳定性的影响剪切变形对虚轴稳定性的影响实腹构件考虑剪切变形的临界压应力实腹构件考虑剪切变形的临界压应力 剪切角剪切角 1111122222222VGAkEAEGAkEAExxxxr EAxx220 格构式构件换算计算长度格构式构件换算计算长度1 V1 V 简化模型简化模型计算计算 考虑钢管混凝土特性的考虑钢管混凝土特性的计算公式见计算公式见P175表表6-86.2.4 钢管混凝土格构式柱的设计钢管混凝土格构式柱的设计3.格构柱的设计格构柱的设计 单向压弯可采用双肢或三肢格构柱，双向压单向

12、压弯可采用双肢或三肢格构柱，双向压弯可采用四肢格构柱，肢距及各肢截面尺寸初估弯可采用四肢格构柱，肢距及各肢截面尺寸初估计算确定。计算确定。轴心受压格构柱承载力计算轴心受压格构柱承载力计算max1max117 . 05 . 040 斜腹杆格构柱斜腹杆格构柱及及平腹杆格构柱平腹杆格构柱条件：条件：单肢可不验算稳定性的单肢可不验算稳定性的按换算长细比确定。按换算长细比确定。scscAfN 据福建据福建规程规程85scscfAV 算算的的格格构构柱柱横横向向剪剪力力用用于于腹腹杆杆内内力力和和焊焊缝缝计计压弯格构柱承载力计算压弯格构柱承载力计算6.2.4 钢管混凝土格构式柱的设计钢管混凝土格构式柱的设

13、计3.格构柱的设计格构柱的设计 2211 scscEscEscmscscAENfNNWMfAN 据福建据福建规程规程注解。注解。规，详规，详等效弯矩系数，按钢等效弯矩系数，按钢164Pm 套用套用钢规钢规格构柱平面内稳定公式格构柱平面内稳定公式6.2.5 新型钢管混凝土柱新型钢管混凝土柱1.钢管自密实混凝土钢管自密实混凝土 混凝土掺用活性细料，降低水灰比，不需振捣，混凝土掺用活性细料，降低水灰比，不需振捣，施工无噪音污染。施工无噪音污染。2.薄壁钢管混凝土薄壁钢管混凝土 钢管壁厚钢管壁厚3mm, 可减少用钢量，更易施焊，降可减少用钢量，更易施焊，降低工程造价。关注问题是钢管局部失稳。低工程造价

14、。关注问题是钢管局部失稳。加劲肋加劲肋加劲肋加劲肋拉杆拉杆隅撑隅撑提高薄壁钢管局部稳定构造措施提高薄壁钢管局部稳定构造措施3.中空夹层钢管混凝土中空夹层钢管混凝土6.2.5 新型钢管混凝土柱新型钢管混凝土柱中空夹层钢管混凝土截面形式中空夹层钢管混凝土截面形式 自重轻，刚度大，内管抗火性更好（但要考自重轻，刚度大，内管抗火性更好（但要考虑防爆），可有广泛的工程应用。虑防爆），可有广泛的工程应用。%5020 tDDi 常用空心率常用空心率 目前规范级试验研究尚不够，故承载力计算可目前规范级试验研究尚不够，故承载力计算可按实心钢管混凝土的计算公式作适当修正。按实心钢管混凝土的计算公式作适当修正。6.

15、2.5 新型钢管混凝土柱新型钢管混凝土柱4.不锈钢管混凝土不锈钢管混凝土 除有与普通钢管混凝土相似的良好力学性能除有与普通钢管混凝土相似的良好力学性能外，还具有优越的耐久性能，可用于重要建筑物、外，还具有优越的耐久性能，可用于重要建筑物、海洋平台和桥墩桥塔。海洋平台和桥墩桥塔。赫斯特大厦赫斯特大厦 建于建于2006年，年，2008年获国际高年获国际高层建筑奖，层建筑奖，7.95万万m2,46层，层，182m高。高。香港昂船洲大桥桥墩香港昂船洲大桥桥墩 建于建于2009年年，主跨主跨1018m, 桥塔高度桥塔高度298米。米。6.2.5 新型钢管混凝土柱新型钢管混凝土柱4.不锈钢管混凝土不锈钢管混凝土不锈钢与碳素钢不锈钢与碳素钢-曲线曲线 不锈钢与不锈钢与普通碳素钢性能普通碳素钢性能存在差异：存在差异：比例极限比例极限变形能力变形能力耐火性能耐火性能 受力构件承受力构件承载力应进行试验载力应进行试验研究。研究。奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢碳素钢碳素钢双重不锈钢双重不锈钢5.FRP约束钢管混凝土约束钢管混凝土6.2.5 新型钢管混凝土柱新型钢管混凝土柱 FRP（Fiber reinforced polymer）纤维纤维增强复合塑料增强复合塑料, 有碳纤维有碳纤维( CFRP)、玻璃纤维、玻璃纤维( GFRP)、及芳纶纤维