傅昶彬課件系列—組合結構第六章鋼管混凝土結構(3)

1、拉拉、彎和壓彎構件承載力驗算彎和壓彎構件承載力驗算鋼管混凝土格構式柱設計鋼管混凝土格構式柱設計新型鋼管混凝土柱新型鋼管混凝土柱6.2 鋼管混凝土構件設計鋼管混凝土構件設計6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算2.軸心受拉構件軸心受拉構件 軸心受拉，鋼管為雙向受拉狀態(tài)，有利材料強度軸心受拉，鋼管為雙向受拉狀態(tài)，有利材料強度發(fā)揮，受約束鋼管軸心受拉承載力比不受約束軸心受發(fā)揮，受約束鋼管軸心受拉承載力比不受約束軸心受拉承載力要高。拉承載力要高。取定鋼管混凝土三向本構模型，當含鋼率取定鋼管混凝土三向本構模型，當含鋼率= 0.040.2時，由數(shù)值計算有：時，由數(shù)值計算有： 矩形鋼管

2、混凝土矩形鋼管混凝土圓鋼管混凝土圓鋼管混凝土1.151.051.21 . 1sututsNN 軸心受拉承載力公式，福建軸心受拉承載力公式，福建規(guī)程規(guī)程考慮約束效應，考慮約束效應，CECS規(guī)程規(guī)程忽略約束效應。忽略約束效應。6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算3.受彎構件受彎構件M-曲線曲線 scscyumscyscuWfMfWfM , 1 . 0ln1 . 1 m 1 . 0ln04. 1 m圓鋼管混凝土圓鋼管混凝土矩形鋼管混凝土矩形鋼管混凝土一定時一定時和和當當scyscfWscscmuuWfMMM 福建福建規(guī)程規(guī)程單向單向彎矩彎矩雙向雙向彎矩彎矩18 . 18 .

3、1 uyyuxxMMMMCECS規(guī)程規(guī)程可按壓彎公式取可按壓彎公式取N=0計算？計算？P1626.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算4.壓彎構件壓彎構件中建院中建院-長柱試驗方案長柱試驗方案 為了能較好地觀為了能較好地觀察長細比和偏心率對察長細比和偏心率對鋼管混凝土柱力學行鋼管混凝土柱力學行為的影響，并據(jù)之建為的影響，并據(jù)之建立承載力計算方法，立承載力計算方法，中建院采用了棋盤式中建院采用了棋盤式的試驗方案。的試驗方案。e0/rcL/D CECS28規(guī)程規(guī)程以此試驗為據(jù)建立壓以此試驗為據(jù)建立壓彎構件承載力公式彎構件承載力公式00NNNel 6.2.3 鋼管混凝土構件承載力

4、驗算鋼管混凝土構件承載力驗算4.壓彎構件壓彎構件中建院長細比影響經驗公式對國外資料的校核中建院長細比影響經驗公式對國外資料的校核6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算4.壓彎構件壓彎構件長細比長細比L0/D總折減系數(shù)總折減系數(shù)中建院中建院-偏壓柱總折減系數(shù)試驗結果匯總偏壓柱總折減系數(shù)試驗結果匯總6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算4.壓彎構件壓彎構件中建院中建院-偏心距影響系數(shù)偏心距影響系數(shù)clueDLelureNNNNl004115. 01085. 111 實實實實實實實實由由 6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算4.壓彎

5、構件壓彎構件不同方式得到的不同方式得到的N-M相關曲線相關曲線6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算4.壓彎構件壓彎構件相關曲線相關曲線uuMMNN 響響長細比對相關曲線的影長細比對相關曲線的影由數(shù)值計算及由數(shù)值計算及參數(shù)分析參數(shù)分析，圖中，圖中A點坐標點坐標 2010ff圓管和矩管具體表達式見圓管和矩管具體表達式見P162-163式式6-47和式和式6-48可按直線描述可按直線描述可按拋物線描述可按拋物線描述6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算4.壓彎構件壓彎構件福建福建規(guī)程規(guī)程計算方法計算方法平面內平面內平面外平面外（只針對矩管）（只針對矩管）

6、11122 umuuumuMMdNcNNbNMMdaNN 時時當當032 uNN14 . 1 umuMMNN 時時當當032 uNN 00200012121 cba 矩管矩管圓管圓管EENNNNd25. 014 . 01CECS28規(guī)程規(guī)程計算方法計算方法6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算4.壓彎構件壓彎構件CECS159規(guī)程規(guī)程計算方法計算方法 cecelelelreredlNN0004 . 085. 11114115. 01 時時當當4 dle 時時當當55. 10 cre 時時當當55. 10 cre 時時當當4 dle 對于矩管壓彎構件，要求分別驗算強度和穩(wěn)對

7、于矩管壓彎構件，要求分別驗算強度和穩(wěn)定。其穩(wěn)定計算公式與鋼結構規(guī)范的壓彎構件計定。其穩(wěn)定計算公式與鋼結構規(guī)范的壓彎構件計算公式有一定的相似度。見算公式有一定的相似度。見P165P167例題例題6-3例題例題6-4用此公式用此公式無法計算無法計算受彎構件受彎構件的承載力的承載力6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算5.局部受壓局部受壓 在基頂和柱頂可能出現(xiàn)局部受壓情形?；斍樾卧诨敽椭斂赡艹霈F(xiàn)局部受壓情形。基頂情形可按可按混規(guī)混規(guī)局壓公式處置，柱頂鋼支座局壓可按教局壓公式處置，柱頂鋼支座局壓可按教材公式解決。材公式解決。福州大學福州大學劉威博士論文劉威博士論文鋼管混凝土

8、鋼管混凝土局部受壓時局部受壓時的工作機理的工作機理研究研究6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算5.局部受壓局部受壓局部受壓示意圖局部受壓示意圖uLcLuLNKNNN ，1 41,查表，查表， jfBnBfKjjrjLc 51,查表，查表， ifAnAfKiiriLc 圓形鋼管圓形鋼管矩形鋼管矩形鋼管 sccssasrLcAAEAEEDEtEnAA 25. 0331 . 1, 6.鋼管初應力影響的驗算鋼管初應力影響的驗算6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算無初應力無初應力有初應力有初應力初應力對偏壓柱初應力對偏壓柱N-um的影響的影響 初應力最多可

9、初應力最多可使極限承載力降低使極限承載力降低20%。 福建福建規(guī)程規(guī)程規(guī)規(guī)定，鋼管初應力不宜定，鋼管初應力不宜超過超過0.35s f, 當超過當超過時時, 鋼管混凝土承載鋼管混凝土承載力應乘影響系數(shù)，即力應乘影響系數(shù)，即 freffkNkNsnnpup 000,801 7.長期荷載作用的影響長期荷載作用的影響6.2.3 鋼管混凝土構件承載力驗算鋼管混凝土構件承載力驗算長期荷載作用對承載力的影響長期荷載作用對承載力的影響 混凝土徐變將造成鋼管與混凝土的內力重混凝土徐變將造成鋼管與混凝土的內力重分布、抗彎剛度降低、撓度增大和承載力降低。分布、抗彎剛度降低、撓度增大和承載力降低。 ,0refkNkN

10、crucruL 核心混凝土收縮的計算核心混凝土收縮的計算 混凝土收縮可能使鋼管脫空，降低承載力和工混凝土收縮可能使鋼管脫空，降低承載力和工作可靠性。對較大截面尺寸的鋼管混凝土，可采用作可靠性。對較大截面尺寸的鋼管混凝土，可采用美國工程師協(xié)會規(guī)范公式計算收縮應變量，然后在美國工程師協(xié)會規(guī)范公式計算收縮應變量，然后在混凝土中添加適量的膨脹劑消除其收縮?；炷林刑砑舆m量的膨脹劑消除其收縮。6.2.4 鋼管混凝土格構式柱的設計鋼管混凝土格構式柱的設計1.格構式住的組成格構式住的組成雙肢格構柱雙肢格構柱6.2.4 鋼管混凝土格構式柱的設計鋼管混凝土格構式柱的設計1.格構式住的組成格構式住的組成三肢格構柱

11、三肢格構柱四肢格構柱四肢格構柱6.2.4 鋼管混凝土格構式柱的設計鋼管混凝土格構式柱的設計2.剪切變形對虛軸穩(wěn)定性的影響剪切變形對虛軸穩(wěn)定性的影響實腹構件考慮剪切變形的臨界壓應力實腹構件考慮剪切變形的臨界壓應力 剪切角剪切角 1111122222222VGAkEAEGAkEAExxxxr EAxx220 格構式構件換算計算長度格構式構件換算計算長度1 V1 V 簡化模型簡化模型計算計算 考慮鋼管混凝土特性的考慮鋼管混凝土特性的計算公式見計算公式見P175表表6-86.2.4 鋼管混凝土格構式柱的設計鋼管混凝土格構式柱的設計3.格構柱的設計格構柱的設計 單向壓彎可采用雙肢或三肢格構柱，雙向壓單向

12、壓彎可采用雙肢或三肢格構柱，雙向壓彎可采用四肢格構柱，肢距及各肢截面尺寸初估彎可采用四肢格構柱，肢距及各肢截面尺寸初估計算確定。計算確定。軸心受壓格構柱承載力計算軸心受壓格構柱承載力計算max1max117 . 05 . 040 斜腹桿格構柱斜腹桿格構柱及及平腹桿格構柱平腹桿格構柱條件：條件：單肢可不驗算穩(wěn)定性的單肢可不驗算穩(wěn)定性的按換算長細比確定。按換算長細比確定。scscAfN 據(jù)福建據(jù)福建規(guī)程規(guī)程85scscfAV 算算的的格格構構柱柱橫橫向向剪剪力力用用于于腹腹桿桿內內力力和和焊焊縫縫計計壓彎格構柱承載力計算壓彎格構柱承載力計算6.2.4 鋼管混凝土格構式柱的設計鋼管混凝土格構式柱的設

13、計3.格構柱的設計格構柱的設計 2211 scscEscEscmscscAENfNNWMfAN 據(jù)福建據(jù)福建規(guī)程規(guī)程注解。注解。規(guī)，詳規(guī)，詳?shù)刃澗叵禂?shù)，按鋼等效彎矩系數(shù)，按鋼164Pm 套用套用鋼規(guī)鋼規(guī)格構柱平面內穩(wěn)定公式格構柱平面內穩(wěn)定公式6.2.5 新型鋼管混凝土柱新型鋼管混凝土柱1.鋼管自密實混凝土鋼管自密實混凝土 混凝土摻用活性細料，降低水灰比，不需振搗，混凝土摻用活性細料，降低水灰比，不需振搗，施工無噪音污染。施工無噪音污染。2.薄壁鋼管混凝土薄壁鋼管混凝土 鋼管壁厚鋼管壁厚3mm, 可減少用鋼量，更易施焊，降可減少用鋼量，更易施焊，降低工程造價。關注問題是鋼管局部失穩(wěn)。低工程造價

14、。關注問題是鋼管局部失穩(wěn)。加勁肋加勁肋加勁肋加勁肋拉桿拉桿隅撐隅撐提高薄壁鋼管局部穩(wěn)定構造措施提高薄壁鋼管局部穩(wěn)定構造措施3.中空夾層鋼管混凝土中空夾層鋼管混凝土6.2.5 新型鋼管混凝土柱新型鋼管混凝土柱中空夾層鋼管混凝土截面形式中空夾層鋼管混凝土截面形式 自重輕，剛度大，內管抗火性更好（但要考自重輕，剛度大，內管抗火性更好（但要考慮防爆），可有廣泛的工程應用。慮防爆），可有廣泛的工程應用。%5020 tDDi 常用空心率常用空心率 目前規(guī)范級試驗研究尚不夠，故承載力計算可目前規(guī)范級試驗研究尚不夠，故承載力計算可按實心鋼管混凝土的計算公式作適當修正。按實心鋼管混凝土的計算公式作適當修正。6.

15、2.5 新型鋼管混凝土柱新型鋼管混凝土柱4.不銹鋼管混凝土不銹鋼管混凝土 除有與普通鋼管混凝土相似的良好力學性能除有與普通鋼管混凝土相似的良好力學性能外，還具有優(yōu)越的耐久性能，可用于重要建筑物、外，還具有優(yōu)越的耐久性能，可用于重要建筑物、海洋平臺和橋墩橋塔。海洋平臺和橋墩橋塔。赫斯特大廈赫斯特大廈 建于建于2006年，年，2008年獲國際高年獲國際高層建筑獎，層建筑獎，7.95萬萬m2,46層，層，182m高。高。香港昂船洲大橋橋墩香港昂船洲大橋橋墩 建于建于2009年年，主跨主跨1018m, 橋塔高度橋塔高度298米。米。6.2.5 新型鋼管混凝土柱新型鋼管混凝土柱4.不銹鋼管混凝土不銹鋼管混凝土不銹鋼與碳素鋼不銹鋼與碳素鋼-曲線曲線 不銹鋼與不銹鋼與普通碳素鋼性能普通碳素鋼性能存在差異：存在差異：比例極限比例極限變形能力變形能力耐火性能耐火性能 受力構件承受力構件承載力應進行試驗載力應進行試驗研究。研究。奧氏體不銹鋼奧氏體不銹鋼碳素鋼碳素鋼雙重不銹鋼雙重不銹鋼5.FRP約束鋼管混凝土約束鋼管混凝土6.2.5 新型鋼管混凝土柱新型鋼管混凝土柱 FRP（Fiber reinforced polymer）纖維纖維增強復合塑料增強復合塑料, 有碳纖維有碳纖維( CFRP)、玻璃纖維、玻璃纖維( GFRP)、及芳綸纖維