钢管混凝土柱

第五章钢钢管混凝凝土柱5.1钢管混凝土土的特点钢管混凝土土也称作为为钢管套箍箍混凝土（（SteelTube-ConfinedConcrete，或Concrete-FilledSteelTube）,它是在钢管管内灌入混混凝土而形形成的一种种组合结构构。钢管混混凝土结构构按截面形形式的不同同可以分为为矩形截面面、圆形截截面和多边边形截面，，其中圆形形截面和矩矩形截面钢钢管混凝土土结构应用用最为广泛泛；实心和和空心钢管管混凝土。。钢管混凝土土的基本原原理是依靠靠内填混凝凝土的支撑撑作用，使使得钢管的的稳定性增增强，同时时核心混凝凝土受到钢钢管的“约约束”作用用或称之为为“套箍””作用，使使核心混凝凝土处于三三向受压应应力状态,延缓混凝土土内部纵向向微裂缝产产生和发展展的时间，，从而使得得核心混凝凝土具有更更强的抗压压强度和抵抵抗变形能能力。特点：1.承载力高2.具有良好的的塑性和抗抗震性能3.施工简单，，可以大大大缩短工期期4.钢管混凝土土柱的耐火火性能好于于钢柱5.可采用高强强度混凝土土5.2钢管混凝土土柱的工作作性能1.钢管混凝土土柱的几个个影响参数数(1)含钢率(2)约束效应系系数一般在0.3~4.0之间，宜大大于等于3.0钢管混凝土土规程称为为套箍系数数（招标））(3)径厚比或高厚厚比圆钢管D/t≤150(235/fy)方（矩形））钢管D/t≤60(235/fy)1/2(4)长细比2.轴心受压的的钢管混凝凝土短柱（（L/D=3~3.5）钢管混凝土土短柱的一一次压缩工工作曲线分分为三个阶阶段:（1）弹性阶段段oa（2）弹塑性阶阶段ab（3）强化阶段段bc＝1.0时，核心混混凝土因紧紧箍效应纵纵向承载力力的提高恰恰好弥补钢钢管因异号应力场场使纵向承载载力的减小小，所以出出现了塑性性的水平段段bc。>1.0时，核心混混凝土承载载力的提高高超过了钢钢管纵向承承载力的减减小，出出现了曲线线上升的强强化阶段bc。<1.0时，核心混混凝土承载载力的提高高不足以弥弥补钢管纵纵向承载力力的减小，，曲线出现现下降段。。＝0.4，曲线无塑塑性段，呈呈脆性破坏坏。3.轴心受钢管管压混凝土土长柱轴心受压钢钢管混凝土土长柱受力力性能复杂杂，与钢结结构相似。。存在强度度破坏和稳稳定破坏。。（1）对于长细细比小的短短柱，破坏坏是由于钢钢管的屈服服和混凝土土三向受压压下的强度度破坏所致致。（2）对于长细细比大的长长柱，其破破坏是由于于弹性失稳稳。欧拉公公式。（3）对于中等等长度的中中柱，其破破坏是由于于弹塑性失失稳。修正正的欧拉公公式。4.偏心受压钢钢管混凝土土长柱曲线①是钢管混凝凝土长柱偏偏心受压强度破坏时截面偏心心力N与杆中挠度度的关系。。工作分两两个阶段。。弹性阶段段OA；弹塑性阶阶段AB。曲线②③是当钢管混混凝土长柱柱长细比λ>12，偏心受压压构件承载载力由稳定决定时的压压力N与杆中挠度度的关系曲曲线。曲线线的最高点点是偏压构构件稳定承承载力的极极限。钢管混凝土土偏心受压压构件的工工作性能特特点：在接接近破坏时时，外荷载载增量很小小，而变形形发展的很很快。和钢构件相相比，曲线线过B点后平缓的的多，说明明由于有紧紧箍力的作作用，不但但提高了核核心混凝土土的承载力力，而且还还增加了构构件的延性性。影响钢管管混凝土土偏心受受压构件件承载力力的两个个重要参参数：长长细比，，偏心率率。5.3圆钢管混混凝土柱柱的计算算和设计计圆钢管混混凝土柱柱中的核核心混凝凝土的紧紧箍效应应，受力力性能比比矩形钢钢管混凝凝土柱好好，相比比而言承承载力提提高最大大，也最最经济。。《钢管混凝凝土结构构设计与与施工规规程》承载力设设计方法法（CECS28:90）。1.单肢柱承承载力计计算N－轴向压力力设计值值；Nu－钢管混凝凝土单肢肢柱的承承载力设设计值；；N0－钢管混凝凝土轴心心受压短短柱的承承载力设设计值；；θ－钢管混凝凝土的套套箍指标标；fc－混凝土的的抗压强强度设计计值；Ac、Aa－钢管内混混凝土、、钢管的的横截面面面积；；fa－钢管的抗抗拉，抗抗压强度度设计值值；－考虑长细细比影响响，偏心心率影响响的承载载力折减减系数。。φ0－按轴轴心受压压柱考虑虑的φ1值2.格构柱的的承载力力计算Nu*－格构柱的的整体承承载力设设计值N0i－格构柱各各肢的轴轴心受压压短柱承承载力设设计值，，按公式式确定φ1*，φe*－考虑长细细比影响响，偏心心率影响响的整体体承载力力折减系系数。在任何情情况下都都应满足足下列条条件：φ1*φe*≤φ0*φ0*－按轴心受受压柱考考虑的φ1*值3.变形计算算（1）压缩和和拉伸刚刚度（2）弯曲刚刚度AaIa－钢管横截截面的面面积和对对其重心心轴的惯惯性矩AcIc－钢管内混混凝土横横截面的的面积和和对其重重心轴的的惯性矩矩EcEc－钢管和混混凝土的的弹性模模量4.钢管混凝凝土柱考考虑偏心心影响的的承载力力折减系系数对单肢柱柱当e0/rc≤1.55时当e0/rc>1.55时e0－柱两端轴轴向压力力偏心距距较大者者；rc－核心混凝凝土横截截面的半半径；M2－柱两端弯弯矩设计计值的较较大者；；N－轴向压力力设计值值。5.钢管混凝凝土柱考考虑长细细比影响响的承载载力折减减系数对单肢柱柱：D－钢管的外外径；Le－柱子的等等效计算算长度，，按规程程公式计计算。6.钢管混凝凝土柱等等效计算算长度钢管混凝凝土柱的的等效长长度应按按下列公公式确定定：Le＝kl0l0=µll0－框架柱柱或杆件件的计算算长度l－框架柱柱或杆件件的长度度k－等效长长度系数数，按照照规程进进行计算算。µ－计算长长度系数数5.4矩形钢管管混凝土土柱的计计算1.轴心受力力构件的的计算（1）轴心受受压构件件的强度度N≤NuN－轴心压压力设计计值Nu－轴心受受压时截截面抗压压承载力力设计值值，按下下式计算算Nu＝fAs+fcAcf，fc－分别为为钢材和和混凝土土的抗压压强度设设计值，，考虑地地震作用用组合时时应除以以抗震调调整系数数γREAsAc－分别为为钢管和和管内混混凝土的的截面面面积*当钢管截截面有削削弱时，，应按下下式计算算净截面面强度N≤NunNun＝fAsn+fcAcAsn－钢管的的净截面面面积（2）轴心受受压构件件的稳定定性计算算－轴心受受压杆件件的稳定定系数Nu－轴心受受压时截截面抗压压承载力力设计值值—相对长细细比，按按下式计计算：——钢材的屈屈服强度度；——钢材的弹弹性模量量；——矩形钢管管混凝土土轴心受受压构件件的长细细比,计算如下下——轴心受压压构件的的计算长长度；——矩形钢管管混凝土土轴心受受压构件件截面的的折算回回转半径径，按下下式计算算—分别为钢钢管和管管内混凝凝土截面面对形心心轴的惯惯性矩；；—管内混凝凝土的弹弹性模量量。（3）矩形钢钢管混凝凝土轴心心受拉构构件的强强度应按按下式计计算—轴心拉力力设计值值；—钢材的抗抗拉强度度设计值值2.压弯、拉拉弯构件件的计算算（1）弯矩作作用在一一个主平平面内的的矩形钢钢管混凝凝土压弯弯构件的的强度同时满足足下式——轴心压力力设计值值；——弯矩设计计值；——混凝土工工作承担担系数，，按下式式计算；；——净截面抗抗压承载载力设计计值——只有弯矩矩作用时时净截面面的抗弯弯承载力力设计值值，按下下式计算算f———钢材抗弯弯强度设设计值，，考虑地地震作用用组合时时应除以以抗震调调整系数数；；D，B——分别为矩矩形钢管管截面垂垂直和平平行弯曲曲轴的边边长；t——钢管壁厚厚；dn——管内混凝凝土受压压区高度度，按下下式计算算：（2）弯矩作用用在一个个主平面面内（绕绕x轴）的矩矩形钢管管混凝土土压弯构构件弯矩矩作用平平面内的的稳定性性：同时满足足下式：：并应按下下列公式式计算弯弯矩作用用平面外外的稳定定性——分别为弯弯矩作用用平面内内和弯矩矩作用平平面外的的轴心受受压稳定定系数——系数，值值为——欧拉临界界力，按按下式计计算：——只有弯矩矩作用时时截面的的抗弯承承载力设设计值，，按下式式计算：：——等效弯矩矩系数，，按《钢结构设设计规范范》GB50017-2003采用（3）弯矩作作用在一一个主平平面内的的矩形钢钢管混凝凝土拉弯弯构件：：（4）弯矩作作用在两两个主平平面内的的双轴压压弯矩形形钢管混混凝土构构件的强强度应按按下列公公式计算算：同时满足足下式：：——分别为绕绕主轴x、y轴作用的的弯矩设设计值；；——分别为绕绕x、y轴的净截截面抗弯弯承载力力设计值值（5）双轴压压弯矩形形钢管混混凝土构构件应按按下列公公式计算算绕主轴轴x轴的稳定性性：同时满足下下式：并应按下列列公式计算算绕主轴y轴的稳定性性：同时满足下下式：——分别为弯矩矩作用平面面内和弯矩矩作用平面面外的轴心心受压稳定定系数；——分别为在计计算稳定的的方向对Mx和My的弯矩等效效系数，参参见《钢结构设计计规范》GB50017-2003；——分别为绕x、y轴的抗弯承承载力设计计值。（6）弯矩作用用在两个主主平面内的的双轴拉弯弯矩形钢管管混凝土构构件应按下下式计算式中、、、、、、等等代号号与（5）条相同。。5.5钢管混凝土土柱节点1.一般规定设计节点式式一般应满满足以下设设计原则：：(1)节点应具有有足够的整整体刚度和和承载力，，能满足强强柱弱梁，，节点更强强的原则。。(2)节点构造应应满足实际际中采用的的计算模型型。刚接或或铰接，明明确而不含含糊。(3)节点应满足足传递内力力的功能要要求，传力力途径明确确，简洁而而