1、鋼管混凝土組合結構 第一部分：鋼管混凝土結構一般要求和構造 第二部分：圓鋼管混凝土柱承載力計算 第三部分：方鋼管混凝土柱承載力計算Part 9a ：鋼管混凝土組合結構第一部分鋼管混凝土結構一般要求和構造 1材料 2圓鋼管混凝土桿件 3格構柱1、材料：鋼管（1）通常情況下應選擇螺旋焊縫連接鋼管，因為它容易達到焊縫與母材等強度的要求；（2）當螺旋焊縫鋼管的常用規格不能滿足要求時，或者管壁較厚時，可采用鋼板卷成的直縫焊接鋼管，且應采用對接坡口焊縫，不允許采用鋼板搭接的角焊縫;（3）無縫鋼管的價格較高，且管壁相對較厚，僅當必要時方可采用。鋼管：圓鋼管可以采用螺旋焊接鋼管、直縫焊接鋼管或無縫鋼管 鋼管內

2、的混凝土強度等級，根據承載力的要求與鋼管鋼等級匹配：1、材料:混凝土 由于鋼管是封閉的，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; 管徑大于500mm的鋼管混凝土柱，管內混凝土宜選用補償或者微膨脹混凝土。Q235鋼C30C50混凝土Q390鋼C50C80混凝土Q345鋼C40C60混凝土2、圓鋼管混凝土桿件含鋼率含鋼率鋼管混凝土桿件的含鋼率s是指鋼管截面面積與內填混凝土截面面積的比值。為了確保空鋼管的局部穩定，含鋼率不應該小于4，（相當于徑厚比D/t100）。一般情況下，合理的含鋼率為610。套箍指標套箍指標鋼管混凝土桿件的套箍指標，是指其鋼管受壓承載力設計值與其內填混凝土受壓承

3、載力設計值的比值。套箍指標宜控制在0.33.0。下限防止混凝土強度等級過高，鋼管套箍能力不足而引起混凝土的脆性破壞。上限防止混凝土強度等級過低使結構在使用荷載作用下產生塑性變形。3、格構式柱o 格構式柱的腹桿采用空鋼管。腹桿和柱肢直接焊接，柱肢上不開孔。o 斜腹桿格構式柱：夾角，軸線，凈距o 平腹桿格構式98柱；o 三肢或四肢格構式柱應沿柱高度方向設置橫隔。橫隔間距不應大于柱截面長邊的9倍或者8m。第二部分圓鋼管混凝土柱承載力計算 1Methodology 2軸壓短柱承載力 3受壓承載力的影響因素 4受壓承載力計算 5例題 6其他計算方法1、軸壓短柱承載力計算方法（1）極限荷載：鋼管對混凝土提

4、供約束，使混凝土三向受壓，從而提高承載力，達到極限承載力時，鋼管縱向應力為零，環向應力達到屈服點。（2）塑性工作階段的承載力：鋼管屈服而核心混凝土達到極限強度：關鍵是如何確定進入塑性階段時鋼管的縱向應力（強度理論：塑性理論、八面體理論、假定鋼材和混凝土均為理想彈塑性材料。） (短柱破壞)（3）限制縱向變形來確定軸壓承載力：美國ACI319-89混凝土縱向應變0.003時的承載力為軸壓承載力。（5）有限元分析（4）試驗回歸：將鋼管混凝土視為一種材料No computer tools are better than the people using them2、軸壓短柱承載力鋼管混凝土結構設計與施

5、工規程（CECS 28:90)協會標準鋼管混凝土結構設計與施工規程（JCJ 01-1989)建材行業標準鋼-混凝土組合結構設計規程（DL/T 5085-1999)電力行業標準2、軸壓短柱承載力 極限平衡理論：鋼管混凝土短柱為鋼管和核心混凝土兩種部件組成的結構體系。基本假定為n結構變形很小，不考慮幾何尺寸變化n結構在材料破壞前不會失穩定n荷載單調遞增n鋼材屈服、混凝土達到極限壓應變后均為理想彈塑性材料，可保持屈服應力不變n在極限狀態下，鋼管應力狀態為縱向受壓、環向受拉的雙向受力狀態，并沿管的壁厚均勻分布。 極限平衡狀態下有五個未知量：外荷載、鋼管縱向應力和環向應力、核心混凝土縱向應力及鋼管對混凝

6、土的側向壓力。2、軸壓短柱承載力 利用以下條件進行求解：鋼材屈服條件、混凝土屈服條件、軸向力平衡條件、環向力平衡條件，并假定套箍系數已知。單肢鋼管混凝土受壓柱極限承載力為011.1ccNA f 式中套箍系數宜在0.3-3之間。試驗結果表明，在這一范圍內時，構件在使用荷載下都處于彈性工作狀態，且破壞時有足夠的延性。3、受壓承載力的影響因素（1）長細比（l0/d）：隨著長細比的增大，構件會由材料破壞模式過渡到失穩破壞模式。 當l0/d不大于4當4l0/d303、受壓承載力的影響因素（2）荷載偏心率：荷載偏心距與鋼管內半徑的比值。無論大小偏心，其受壓承載力由于偏心影響的降低統一采用偏心影響系數來反映

7、。3、受壓承載力的影響因素（3）柱端彎矩分布的影響：柱的兩端常有彎矩作用，柱彎矩較小的截面對彎矩較大的截面有一定的橫向變形的約束作用，使柱整體剛度變大，不易失穩，從而提高了柱的承載力。 彎矩分布的影響通過等效柱的方法計算，即將實際柱長乘以反映柱端彎矩分布影響的等效長度系數k。 等效長度系數計算分柱兩端無相對側向位移和有相對側向位移兩種情況計算。（原因：當存在側向相對位移時，由于側移使偏心力的作用產生P-效應，對承載力有不利影響）。3、受壓承載力的影響因素（4）兩端支座約束的影響：實際工程中兩端不是理想的鉸接或者固接，因此采用計算長度的概念來考慮柱端的約束條件：計算長度取實際長度乘以反映約束影響

8、的計算長度系數。（無側移框架柱的計算長度系數；有側移框架柱計算長度系數）4、受壓承載力計算o 格構式鋼管混凝土柱受壓承載力計算：由雙肢或多肢鋼管混凝土柱肢組成的格構式柱，應進行單肢承載力和整體承載力計算。計算單肢承載力時，應先按桁架確定其單肢的軸向力，然后按照受壓肢和受拉肢分別計算。o 壓肢的承載力按軸壓構件計算；拉肢的承載力按鋼結構拉桿計算，不考慮混凝土的抗拉貢獻。4、受壓承載力計算單肢鋼管混凝土受壓柱極限承載力為 影響鋼管混凝土柱承載力的因素：長細比、偏心率、柱子兩端彎矩的比值、柱端約束條件等。4、受壓承載力計算根據鋼管混凝土結構技術規范，單肢鋼管混凝土的受壓承載力計算00ulelelk

9、lNNkl長細比影響系數偏心率影響系數柱的等效長度系數柱的計算長度系數柱的實際長度支座約束的影響彎矩分布的影響5、例題（1）軸壓（2）偏壓（3）彎矩分布及限制條件6、其他計算方法：強度增值設計法o （建材行業標準JCJ01-89）o （1）圓鋼管軸心受壓o 圓鋼管混凝土桿件的軸心受壓承載力，等于鋼管受壓承載力與內填混凝土強度增值后的受壓承載力之和。承載力計算公式為：11ssccNA fk A fk圓鋼管混凝土軸心受壓桿件的穩定系數，根據桿件的長細比計算由鋼管約束作用引起的混凝土抗壓強度提高系數，根據含鋼量確定6、其他計算方法：強度增值設計法o 圓鋼管混凝土偏心受壓桿件的受壓承載力設計值：102

10、1.1240.0003essccseeeNA fk A ftfDMeN圓鋼管混凝土偏心受壓桿件的承載力折減系數的修正系數6、其他計算方法：組合強度法（電力行業標準：DL/T 5085-1999） 將鋼管混凝土桿件視為由一種統一的組合材料構成，采用桿件的全截面面積抵抗矩等整體幾何特性及其組合性能指標，來計算桿件的各項承載力，不再區分鋼管和混凝土。1 考慮鋼管和內填混凝土相互作用的套箍效應，得到組合材料在各種應力狀態下的荷載變形曲線，從而確定鋼管混凝土桿件的各項組合性能設計指標。2思 路6、其他計算方法：組合強度法o 組合強度設計指標：組合軸壓強度：0020/0.176/2350.9740.104

11、/200.031.2 211syccysckyckyckysckcA fA fBfCffffffBC 鋼管鋼材的屈服強度混凝土的軸心抗壓強度組合軸壓強度標準值6、其他計算方法：組合強度法o軸心受壓構件承載力計算1.對于軸心受壓圓鋼管混凝土構件，考慮桿件初始彎曲所引起的偏心距為l0/1000，按偏心受壓桿件確定臨界應力，并得到穩定系數。2.圓鋼管混凝土軸心受壓構件的軸向壓力設計值N/ycrscf24scNfD第三部分方鋼管混凝土柱承載力計算 1方鋼管柱特點 2方鋼管承載力計算1、方鋼管柱特點（1）適用性：與圓鋼管柱相比，高層建筑中若采用方鋼管混凝土柱，有如下好處：n在公寓、旅館、辦公樓等高層建筑

12、中，采用方形或矩形柱，有利于建筑平面的布置和房間的使用n具有較大的桿件截面慣性矩和較大的結構抗側剛度，因而具有較強的抗彎能力n方鋼管柱與鋼梁的剛性連接節點構造相對簡單。n便于使用平板形防火貼面材料的粘貼。1、方鋼管柱特點（2）承載能力 與圓鋼管柱相比，方鋼管混凝土柱的“套箍作用”要弱很多，受壓承載力的提高幅度也相對較小。試驗表明，方鋼管混凝土短柱的極限承載力比空鋼管柱和混凝土柱承載力之和大1050。方鋼管混凝土柱受壓承載力提高主要原因：n 管內混凝土改變了鋼管的局部屈曲模式，并抑制了管壁局部屈曲變形的發展，鋼管材料局部進入強化，從而提高了鋼管的局部穩定承載力；n 方鋼管的角部對管內混凝土具有較

13、強的約束作用，從而提高了管內混凝土的軸向抗壓強度。1、方鋼管柱特點（3）變形能力：n鋼管內的混凝土不僅提高了鋼管管壁的局部臨界應力，在一定程度上抑制了管壁局部屈曲變形的發展，同時由于鋼管的約束作用，使管內的混凝土由脆性破壞轉變成了塑性破壞，構件整體的延性性能得到了顯著的改善。n方鋼管混凝土短柱的軸向荷載變形曲線存在下降段，但其下降段有較長的水平段，因此其延性比空鋼管短柱有較大提高。n在往復荷載作用下，方鋼管混凝土柱也具有較好的延性，延性系數隨鋼管板件的寬厚比減小而增大，隨內填混凝土強度等級的提高而降低。2、方鋼管柱承載力計算：軸壓構件（1）美國LRFD規程：n考慮構件的整體穩定性，將混凝土的強

14、度折算到鋼材中，得到鋼材名義抗壓強度，然后計算出方鋼管混凝土軸壓構件的承載力221.50.658/1.50.877/0.85/crscrccrcmyccrcmytmyyccsNA FFFFFFffAA當時，當時，構件的換算長細比2、方鋼管柱承載力計算：軸壓構件（2）國家軍用標準GJB4142-2000戰時軍港搶修早強型鋼混凝土組合結構技術規程。方鋼管混凝土軸心受壓構件的承載力驗算公式：scscscscNA fAf軸心受壓穩定系數方鋼管混凝土構件的截面面積方鋼管混凝土構件軸心受壓組合強度設計值2、方鋼管柱承載力計算：軸壓構件（3）疊加法：軸心受壓方鋼管混凝土構件，鋼管和混凝土的強度因相互約束而得到增強，其承載力可表示為：ultsyccuNA fA f提高系數鋼管混凝土短柱受壓破壞過程鋼管處于縱向受壓環向受拉，混凝土處于三向受壓狀態。從開