PET材料对双层钢管混凝土柱轴压承载力提升研究

第43卷第11期 山 西建筑

VoL 43No.ll 2 0 1 7 年 4 月

SHANXI ARCHITECTURE

Apr . 2017

? 31 ?

文章编号：1009-6825 (2017) 11-0031-03

P E T 材料对双层钢管混凝土柱轴压承载力提升研究+

张弦波

(金华职业技术学院，浙江金华3210〇7)

摘要:从改善结构延性的角度，系统地研究了外包PET 材料的双层钢管混凝土柱的力学性能，并通过试验得到了其轴压承载力 增长的现象和规律，将试验研究结果与试验前理论计算结果进行了对比，验证了理论计算公式的准确性。

关键词:PET 材料,钢管混凝土柱，轴压承载力，延性中图分类号:TU311

文献标识码:A

〇引言

自从我国开始引人钢管混凝土后，至今已有半个多世纪的时 间，随着我国工程技术的迅猛发展及科研人员的深人研究，其在 我国的应用范围也越来越广，在各个工程领域都予以使用。在一 些特殊的工程应用中，设计研究人员将双层钢管中心部分的混凝 土去除，以便减轻结构自重，空心的钢管混凝土构件就这样诞生 了;其具有自重轻、抗弯刚度大、防火性能好等特点。但是我国目 前关于空心钢管混凝土构件的研究还不多，尤其是当该双层中空 构件受损导致承载力不够需要加固时的研究更是寥寥无几。本 文主要就采用PET 材料从外部封闭该构件，从而达到提升双层钢 管混凝土柱的轴压性能效果这一方面来进行初步研究，以便作为 一些参考资料用于给今后该种新型材料的进一步研究和应用。

PET 材料，全称为聚对苯二甲酸乙二醇酯，英文名称为Poly -

ethylene Terephthalate ,它是一种高聚物，由对苯二甲酸与乙二醇经

缩合聚合反应后得到。在以往的生产生活中大多用于食品包装；

但随着近些年国际上对PET 的进一步研究，逐渐将其应用到土木 工程方面，作为一■种新型的 FRP ( Fiber Reinforced Polymer/Plastic

纤维增强复合材料，简称FRP )使用。分别将PET 和

CFRP (碳纤

维)材料外包在双层钢管混凝土柱外侧,通过试验结果，研究其对 钢管混凝土柱的轴压承载力的影响情况，并与相关文献所推荐的 理论计算方法所得数值进行对比分析，验证本次试验之前所采用 理论计算的公式的准确性。

1 试验概况

1.1 试验构件及仪器

本次轴压试验采用6根制作好的双层中空钢管混凝土柱:试 件采用内外双层钢管，双层钢管内部为C 30混凝土，内层钢管内 部留空;外层钢管外侧分别包裹PET 材料和CFRP 材料，以便得 出外包PET 及

CFRP 材料的双层钢管混凝土柱轴压承载力数据

并对比分析得出结论。各试件的主要信息详见表1，表1中的钢 管外壁厚度为钢材原材料实测值。

表1各试件基本参数及编号

试件外管外壁外管内管外壁内管内外管壁外包编号

直径厚度直径厚度净间距材料

A 219 4.80108350.5PET

B 219 3.8290360.5CFRP

C 219 4.8090359.5CFRP

D 219 4.8090359.5PET

E 219 3.8290360.5CFRP

F 219

3.82

90

3

60.5

PET

本次试验所用压力机YAW-5000J 微机控制电液伺服压力试 验机。该机试验加载量程最大值为1 〇〇〇 t ,上下两端为球铰连 接。采用以计算机为核心的全数字电液伺服控制器，自动完成试 验过程。配备试验力、位移两个闭环控制回路，两种控制模式之 间可在任何情况下平滑切换。并且在试验时可使用恒速率试验 力控制、恒速率位移控制、试验力保持试验等多种试验模式任意 组合，最大程度地满足了各类试验方法的要求来进行试验加载。

1_2 试验过程及现象

本次试验加载方案采用力控制的方法逐步加载，速率为

1 kN /s 。停止加载的指标为试件外包材料剥离后呈现明显的大变 形或者试件中的钢管破坏引起加载力下降明显;其目的都是为了 保护仪器在试验中不受损害。

以下数据为本次试验所要采集内容:各试件的轴压限值、各 试件的轴向变形位移量、外层钢管的水平和竖直应变值、外包材 料的水平应变值。

通过分析试验现象发现，仪器显示的加载数值持续增长直至 试件外钢管发生破裂;外包的FRP 材料也出现随着荷载的增加出 现剥离到断裂的现象。在外层FRP 材料被破坏或剥离开试件后， 试件加载数值几乎无增长，而位移增加明显。在

FRP 脱落后继续

加载出现部分试件外钢管破裂的现象，而此时为保护仪器停止加 载。在结束试验后观察全部试件，发现所有试件的内钢管均有屈

曲现象，其中A ，B 两根试件外侧的FRP 材料被拉断，随即产生过 大变形破坏，但其外钢管壁未有破裂现象。余下四根试件外侧的 FRP 材料也均被拉断，并且其外钢管壁均产生破裂，引起加载数 值下降并最终破坏，其中部分试件在加载过程的破坏情况见图1。

图1内钢管破坏屈曲现象

2试验结果及分析

2.1 各构件的力—位移曲线

通过试验得到各试件轴向荷载一位移曲线（见图2)，可以看

出：

在加载初期，各试件的荷载一位移曲线都呈现线性增长，说 明此时外包的PET 材料对试件的轴压承载力未产生影响。随着 加载数值的增大，试件逐渐进人屈服阶段，表现出位移明显增大

收稿日期:2017-02-07 ★ :2015年度金华市科学技术研究计划项目（2015-3-051)

作者简介:张弦波（1982-),男，

讲师

钢管混凝土柱与劲性混凝土柱的优缺点对比

钢管混凝土柱与劲性混凝土柱的优缺点对比 钢管混凝土柱优点 A：钢管混凝土的抗压、抗扭和抗剪性能特别好，承载力高B: 抗震性能优越，延性很好。地震区，可不限制柱轴压比而只控制柱子的长细比 C: 采用高强混凝土时，可有效地防止混凝土的脆性破坏，充分发挥高强混凝土的强度承载力 D: 所用钢板厚度不会超过40~50mm，取材易，价格低，制作和安装方便，且易保证焊接质量 E: 施工方便，地下层可采用逆作法施工，可缩短工期，并节省地下层施工临时支护费用

钢管混凝土柱一般是采用厚型防火隔热涂料，在广州泰堡防火材料有限公司有生产。厚度与耐火时间是10-12mm-----90min , 16-18mm------120min ,20-22mm----150min ,24-26mm-----180min.包工包料的施工价格大概为40----70元/平方，取决于耐火时间。薄涂型的钢结构防火涂料好象还没有能达到3小时的，2.5小时的也不多见，如有需要可联系谢生。 今有一个钢管混凝土柱的高层建筑，需要进行柱的防火保护，耐火极限需要3.0小时，如果采用防火涂料保护，有以下疑问急需解答： 1.该采用什么样的防火涂料产品？比较可靠的有那几家公司？ 2.如果采用厚涂型防火涂料，一般应多厚？如果包括具体施工在内的话，价格如何计算？ 3.采用薄涂型防火涂料可行吗？造价如何？ 最关键的就是大致的费用，希望能找到可靠而且经济的方法。希望有实际经验的朋友给予回复。非常感谢！ 博士生ABC Score: 42 Posts: 40 Posted on 2004-06-04 22:20 关于钢管混凝土的防火，一定要采用新的方法，可大量节约防火造价 （我们的经验是大致在60-70%左右，和柱截面和荷载大小有关系）。 最近韩林海教授出版了《钢管混凝土结构-理论与实践》一书，里面 提到了他们进行的几个高层实例，很有参考价值。武汉国际证券贸易 大厦（目前武汉最高的楼）钢管混凝土防火也要开始做了，听说也是 他们做的计算。 也许你可以和他们课题组联系，看能否有帮助。 gzhtb Score: 46 Posts: 54 Posted on 2004-06-05 14:56 钢管混凝土柱一般是采用厚型防火隔热涂料，在广州泰堡防火材料有 限公司有生产。厚度与耐火时间是10-12mm-----90min , 16-18mm------120min ,20-22mm----150min ,24-26mm-----180min. 包工包料的施工价格大概为40----70元/平方，取决于耐火时间。薄 涂型的钢结构防火涂料好象还没有能达到3小时的，2.5小时的也不

钢管混凝土轴压短柱界限套箍系数

第３１卷　第１期 ２０１４年３月建筑科学与工程学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．３１　Ｎｏ．１Ｍａｒ．２０１４文章编号：１６７３‐２０４９（２０１４）０１‐００８３‐０７ 收稿日期：２０１３‐１０‐１１ 基金项目：国家自然科学基金项目（４１２０２１９１）；陕西省自然科学基础研究计划项目（２０１１ＪＭ７００２）； 教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目（２０１１０２０５１３０００１） 作者简介：吴　鹏（１９８８‐），男，甘肃张掖人，工学硕士研究生，Ｅ‐ｍａｉｌ：ｗｕｐｅｎｇ６４１２＠１６３．ｃｏｍ。钢管混凝土轴压短柱界限套箍系数 吴　鹏，赵均海，张常光，朱　倩，李　艳 （长安大学建筑工程学院，陕西西安　７１００６１） 摘要：基于统一强度理论，借助钢管混凝土轴压短柱极限承载力计算公式的推导，得出了极限状态时钢管和混凝土之间的侧压力，提出了界限套箍系数的概念，并给出界限套箍系数的计算公式，同时分析了不同套箍系数时钢管的三向应力和钢管混凝土短柱的轴压应力‐应变曲线出现不同发展趋势的原因，且理论分析得出的结论与相关文献的试验结果一致，说明分析过程的合理性；最后对影响因素进行了分析，根据分析结果提出了实用建议，并发现相关参考文献的界限套箍系数为该研究结果的特例。 关键词：钢管混凝土；统一强度理论；轴压；套箍系数；应力‐应变曲线 中图分类号：ＴＵ３９８．９ 文献标志码：Ａ ＢｏｕｎｄａｒｙＣａｓｉｎｇＨｏｏｐＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｆｏｒＣｏｎｃｒｅｔｅ‐ｆｉｌｌｅｄＳｔｅｅｌＴｕｂｕｌａｒＳｔｕｂＣｏｌｕｍｎｓＵｎｄｅｒＡｘｉａｌＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ＷＵＰｅｎｇ，ＺＨＡＯＪｕｎ‐ｈａｉ，ＺＨＡＮＧＣｈａｎｇ‐ｇｕａｎｇ，ＺＨＵＱｉａｎ，ＬＩＹａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ摧ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ摧ａｎ７１００６１，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｕｎｉｆｉｅｄｓｔｒｅｎｇｔｈｔｈｅｏｒｙ，ａｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｃｏｎｃｒｅｔｅ‐ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｓｔｕｂｃｏｌｕｍｎｓｕｎｄｅｒａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｌａｔｅｒａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｔｅｅｌｔｕｂｅａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｗａｓｇｉｖｅｎｉｎｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｓｔａｔｅ．Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｌｉｍｉｔｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｅｏｆｌｉｍｉｔｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗｅｒｅｇｉｖｅｎ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｌｉｍｉｔｖａｌｕｅｏｆｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗａｓｄｅｆｉｎｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｐｐｅａｒｅｄｉｎａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｓｓ‐ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅ，ａｎｄｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｓｉｍｉｌａｒｔｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎｒｅｌｅｖａｎｔｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｔｕｄｉｅｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ，ａｎｄｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｄｕｅｔｏｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｔｗａｓａｌｓｏｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｌｉｍｉｔｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｗａｓａｓｐｅｃｉａｌｃａｓｅｆｏｒｔｈｉｓｓｔｕｄｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ‐ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅ；ｕｎｉｆｉｅｄｓｔｒｅｎｇｔｈｔｈｅｏｒｙ；ａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏ‐ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｓｔｒｅｓｓ‐ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅ０引　言 钢管混凝土是钢管内填充混凝土形成的构件，它具有承载力大、塑性和韧性好、施工方便等特点［１］，已被广泛应用于工程实际［２］。目前，确定钢管混凝土轴压短柱极限承载力时所遵循的基本概念

高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点_pdf.

高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 摘 要：我国一些高层建筑采用了钢管混凝土柱，取得了较好的技术和经济效果。本文主要综合介绍用于高层建 筑的钢管混凝土柱及其节点的形式，供设计时参考。关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；钢管混凝土柱节点 在高层建筑中使用钢管混凝土柱具有其特殊优 "概述 钢管混凝土是在钢管中填充混凝土，利用钢管 点：用钢管混凝土柱代替普通钢筋混凝土柱，可以使柱截面大大缩小，而且可以提高抗震性能，方便施工等；利用钢管混凝土柱代替钢结构中的钢柱，可以减少用钢量，加强结构刚度；在高层建筑多层地下室的逆作法施工中，它更充当重要的角色。广州市的好世界广场大厦（##层，图!$），新中国大厦（%&层， 图!’），合银大厦（("层，图!)），深圳的赛格广场（*"层，图等大型高层建筑，都以不同的形式采用了钢管混!+） 凝土柱，部分还将之构成内框筒或用于逆作法建造多层地下室，在技术上和经济上均取得很好的效果。 对填心混凝土的套箍作用，使核芯混凝土受纵向压力时处于三向受力状态，从而提高其轴向抗压能力。钢管混凝土结构除强度高外，还有重量轻、延性好、［!］ 耐疲劳和冲击、省料和施工方便等优点。 由于钢管混凝土结构具有上述优点，因此在民用和工业建筑、桥梁和地铁等工程中得到广泛的应用。近年来，随着我国高层建筑的发展，利用钢管混凝土作为其主要承重柱的也逐渐增多。 !

好世界广场大厦" 新中国大厦 图" $合银大厦#赛格广场 采用钢管混凝土柱的高层建筑 高层建筑中使用的钢管混凝土柱主要是圆形截面的，但有时也会采用其他截面型式而形成异型柱。我国对圆形截面钢管混凝土柱已有深入的系统研究［!，"，#］和实践经验，而对异型截面柱的研究则比较少， 的节点形式，为在高层建筑中推广应用钢管混凝土柱提供了更广阔的空间。 本文主要就高层建筑中所采用的钢管混凝土柱及其节点的形式和应用作一扼要的综合介绍。 应用也还不很多。 钢管混凝土柱与楼盖连结的节点，是实际应用中的一个重要部分。当它与钢结构楼盖连结时，构造比较简单，但与钢筋混凝土楼盖连结时则比较复杂，甚至影响了对它的使用，因此不少单位开展了这方面的研究，并已取得了可观的成果，提出了多种多样 我国在改革开放以来，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大， !钢管混凝土柱 !""!年#月第#期容柏生：高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 1@A!""!AB)# 加，柱的轴压力就越大，加上抗震设防的需要，为保证构件的延性，有关规范对钢筋混凝土柱均有控制轴压比（!"!#$"）的要求，同时混凝土的强度等级只做到#$"或再高一些，

对钢管混凝土主拱肋承载力计算方法的建议

第26卷第4期 2001年12月 中　南　公　路　工　程 对钢管混凝土主拱肋承载力计算方法的建议α 肖卓贤 (广东江门市建设监理顾问公司,江门市,529000)　 江　平 (广东省河源市交通委员会,河源市,517000) 【摘　要】　目前国内钢管混凝土拱桥设计、钢管混凝土拱肋承载力的评定,大多采用容许应力法进行强度验算,本文针对运用此方法计算较高的钢管混凝土结构存在的问题,以及结合国内钢管混凝土理论研究作出分析。 【关键词】　钢管混凝土　拱桥　承载力　计算　建议 钢管混凝土是由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成组合结构材料。随着1990年四川旺苍第一座钢管混凝土拱桥的问世,钢管混凝土拱桥在我国发展迅速,据不完全统计,在短短的几年,全国已建成或在建近40座,单跨跨径越来越大,最大跨径已达420m,形式多种多样,积累了很多成功的经验,钢管混凝土结构在大跨度拱桥具有广泛的应用前景。目前国内钢管混凝土拱桥设计、钢管混凝土拱肋承载力的计算及评定方法,桥梁界没有统一认识,《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(简称桥规)也没有明确规定。设计者大多采用传统的应力叠加法求应力,用钢材的容许应力来进行强度验算。即:①按弹模比N E=E g E c,将混凝土面积折算成钢面积,求出钢应力;②再按强度比N E=[?g] [?c],求出混凝土应力。由于E g E c≠[?g] [?c],所以计算结果往往使钢材应力储量较大,混凝土应力超出了允许应力,国内已有几座桥主拱肋强度验算出现类似情况。为了确保结构安全,往往只能降低钢材应力应用指标,对于含钢量较高的钢管混凝土结构,将造成很大的经济浪费,所以研究适用于桥梁设计的钢管混凝土结构承载力计算方法具有重要的意义。鉴于钢管混凝土杆件主要用于轴心及偏心受压结构,以下对这两种受力状态承载力计算方法,结合国内钢管混凝土理论研究公式及桥规有关公式作对比分析。1　轴心受压钢管混凝土承载力 国内对钢管混凝土承载力的研究是以极限平衡理论提出,采用方法为极限平衡法,它不管加载历史和变形过程,直接根据结构处于极限状态时的平衡条件得出极限状态的荷载数值。 a.　理论极限承载力公式: N a=A c F c(1+Η0.5+Η)(1)式中:Η为套箍指标,Η=A s F s A c F c;A c,A s为混凝土和钢截面面积;F c,F s为混凝土和钢材抗压设计强度。 b.　国家建材局颁布《钢管混凝土结构设计与施工规程》(以下简称建规),承载力公式: N b=A s F s+k1A c F c(2)式中:k1为核心混凝土强度提高系数,与含钢率Θ=4t D有关,t为钢管壁厚度。 c.　桥规轴心受压钢筋混凝土承载力公式: N c=0.76(R c A c+R s A s)(3)式中:R c,R s为混凝土及钢抗压设计强度,查桥规取值。 [算例1]　一钢管混凝土轴心受压短柱,钢管为 273×8mm,3号钢,F a=215 N mm2,混凝土为C40,F c=19.5N mm2,试计算其承载力。 解:采用式(1)、(2)、(3)计算,并与容许应力法进行对比: A s=Π 4(2732-2562)=6660mm2 54 α

钢骨钢管混凝土柱轴压比限值的讨论

钢骨钢管混凝土柱轴压比限值的讨论 摘要提出界限破坏时钢骨-钢管混凝土组合柱轴压比和轴力比限值。 关键词钢管-钢骨混凝土组合柱;界限破坏;轴压比限值 轴压比是影响柱抗震性能和变形能力的重要指标之一。钢骨—钢管混凝土组合柱[1]是把钢管置入型钢混凝土中,使型钢、钢管、混凝土3种材料协同工作以抵抗各种外部效应的一种结构形式。其界限破坏的特征不明显,这是由于在组合柱中,钢骨、钢管腹板在柱界面高度上是连续的,破坏时钢管不可能全部同时屈服,试件并不能立即崩溃,而是逐渐降低其承载力。由于钢骨—钢管混凝土组合柱没有明显的界限破坏状态,且柱中钢管承担一定的轴力,所以钢骨—钢管混凝土组合柱的轴压比根据不同的理解有不同的计算方法。本文提出钢骨—钢管混凝土柱理论计算公式及轴压比限值的合理取值的建议。 1按钢筋混凝土柱轴压比限值的概念进行分析 文献[1]从界限破坏时的平衡条件出发,根据平截面假定,提出了供设计用的轴压比限值的计算公式: (1) 式中:为抗震等级影响系数,一、二和三级分别取0.8、0.9和1.0; ,为柱截面的宽和高;为考虑钢骨腹板的计算厚度,按文献中公式计算;为配钢管率。 2采用控制轴压力限值(即《型钢混凝土柱》[2]轴压比限值)的方法 型钢混凝土柱确定轴压比限值的方法和钢筋混凝土柱确定轴压比限值的方法不同在于考虑了钢骨含量对轴压比的影响。推导轴压比时,为推导公式方便,同样把外包钢骨转化为连续的钢板,利用平截面假定和外包钢的连续化。 轴压力限值的试验值 式中:为界限破坏时轴向压力试验值;为界限破坏时受压混凝土合力的试验值;为界限破坏时钢骨翼缘合力的试验值;为界限破坏时钢骨腹板合力的试验值;为界限破坏时钢管受力的试验值;,分别为混凝土轴心抗压强度试验值和钢管的抗压强度试验值;,分别为柱中混凝土部分和钢管部分的面积。 轴压力限值的设计值 轴压力限值的实用计算公式

关于钢管混凝土结构承载力的分析与探讨

关于钢管混凝土结构承载力的分析与探讨 发表时间：2018-03-07T16:08:42.107Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第29期作者：熊帅[导读] 只有在极少数的情况下，例如柱子承受很大的压力，或压力小而弯矩大时，则在管内配置纵向钢筋和箍筋。华南理工大学 510000 摘要：随着我国经济和建设事业的迅猛发展，近年来，钢管混凝土以其独特的优势在各项建设事业中得到了较为广泛的应用，并且也是发展前景极为广阔的一种结构形式。为了更安全合理地推广应用钢管混凝土结构，本文主要对不同截面形式钢管混凝土结构的承载力进行了分析。 关键词：不同截面；钢管混凝土结构；承载力 1.钢管混凝土结构概述 钢管混凝土结构是将混凝土注入封闭的薄壁钢管内形成的组合结构，通常用于轴心受压或偏心受压的柱，且一般都不再配筋，只有在极少数的情况下，例如柱子承受很大的压力，或压力小而弯矩大时，则在管内配置纵向钢筋和箍筋。 钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土结构、螺旋配筋混凝土结构以及钢结构的基础上演变和发展起来的一种新型结构。在性能方面，它利用钢管和混凝土材料在受力过程中的相互制约，不仅弥补了两种材料各自的缺点，而且能充分发挥二者的优点，使整个结构具有良好的受力性能。由于钢管的存在，使核心混凝土处于三向受力的复杂应力状态，不仅使混凝土的强度提高，而且使原本脆性的混凝土由于受钢管的约束成为具有一定塑性性能的材料。 所以在钢管混凝土结构中，承载力是很重要的性质。对于不同截面的钢管混凝土结构，其截面形式的受力特点及承载力是不同的，所以，下面就几种不同截面钢管混凝土结构的承载力进行分析。 2.不同截面形式钢管混凝土结构的承载力分析 2.1常用截面形式 2.1.1圆形截面 圆形钢管混凝土是目前研究最为充分的截面形式且在工程中应用也最为广泛。对于圆形钢管混凝土柱，混凝土受到钢管对其均匀约束作用。圆形钢管混凝土承载力及变形能力均优于其他截面形式钢管混凝土构件。由于圆形钢管对于混凝土约束效果比较好，所以圆形钢管混凝土构件主要用于轴压及小偏心受压构件。对于大偏心受压构件来说，由于受拉侧钢管不能对混凝土约束，因此混凝土三向受压性能不能得到发挥。 2.1.2方形截面 方形钢管混凝土构件在结构中应用也很广泛，但是方形钢管对于混凝土的约束不如圆形钢管的约束效果好，方形钢管混凝土的承载力明显低于圆形钢管混凝土。研究表明，方形钢管对于内部混凝土的约束可以分为两个部分：有效约束区和非有效约束区，二者的界限为一抛物线，有效约束区的混凝土极限抗压强度是高于非有效约束区，非有效约束区的混凝土所受到侧向约束是不均匀的。 2.1.3八边形截面 采用圆形钢管混凝土时，在节点区域将会消耗大量的钢材同时给施工带来很大的困难，影响结构的整体经济效益。对于方形钢管混凝土柱，由于外钢管的四个角部分应力集中比较严重，易出现薄弱区域，特别对于抗震不利。同时当构件截面的钢管的宽厚比很大时，则要考虑钢管局部屈曲。采用八边形钢管混凝土结构不仅可以缓解方形钢管混凝土四角应力集中问题及局部屈曲，同时可以兼顾到圆形钢管的约束效果。八边形钢管对于混凝土的约束也分为有效约束区及非有效约束区，且二者界限也为一抛物线。但是由于八边形钢管其角点为120度相比于方形钢管混凝土角点90度，其尖锐性缓解很多，有效缓解了方形钢管混凝土角点应力集中问题，同时又兼顾了方形钢管混凝土梁柱节点的连接，相比于圆形和方形钢管混凝土结构具有一定的优势。各截面应力图如图1所示。

钢管混凝土结构技术

术语 2.1.1 钢管混凝土构件：在钢管内填充混凝土的构件，包括实心和空心钢管混凝土构件，截面可为圆形、矩形、及多边形，简称CFST 构件 2.1.2 钢管混凝土结构：采用钢管混凝土构件作为主要受力构件的结构，简称CFST结构 2.1.3 实心钢管混凝土构件：钢管中填满混凝土构件，简称S-CFST结构 2.1.4 空心钢管混凝土构件：在空钢管中灌入一定量混凝土，采用离心法制成的中空心的钢管混凝土构件，简称H-CFST结构 2.1.5 含钢率：构件界面中钢管面积与混凝土面积之比 2.1.6 空心率：空心钢管混凝土构件截面中空心部分的面积与混凝土加空心部分总面积之比 2.1.7 套箍系数：构件截面中钢管面积、钢材强度设计值乘积与混凝土面积、混凝土强度设计乘积之比 2.1.8 钢管海砂混凝土构件采用海砂混凝土制作的钢管混凝土构件 2.1.9 钢管再生混凝土构件：采用再生骨料混凝土制作的钢管混凝土构件 3 材料 3.1.1 钢材的选定应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关规定 3.1.2 承重结构的圆钢管可采用焊接圆钢管、热轧无缝钢管，不宜选用输送流体用的螺旋焊管。矩形钢管可采用焊接钢管，也可采用冷成形矩形钢管，当采用冷成形矩形钢管时，应符合现行行业标准《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T 178中I级产品的规定。直接承受动荷载或低温环境下的外露结构，不宜采用冷弯矩形钢管。多边形钢管可采用焊接钢管，也可采用冷成型多边形钢管 3.1.3 钢材的强度设计值f，弹性模量E 和剪变模量G 应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017 执行 1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85 2 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20% 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性 3.2.1 钢管内的混凝土强度等级不应低于C30。混凝土的抗压强度和弹性模量应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010执行；当采用C80 以上高强度混凝土时，应有可靠的依据 3.2.2 实心钢管混凝土构件中可采用海砂混凝土。海砂混凝土的配合比设计、施工和质量验收和验收应符合现行行业标准《海砂混凝土应用技术规范》JGJ206的规定。 3.2.3 钢管混凝土构件中可采用再生骨料混凝土。再生骨料混凝土的搭配比设计、施工、质量验收和验收应符合现行行业标准《再生骨料应用技术规范》JGJ/t 240 的规定 3.2.4 钢管混凝土构件中可采用自密实混凝土。自密实混凝土的配合比设计、施工、质量检验和验收应符合现行行业标准《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T 283 的规定 3.3.1 用于钢管混凝土结构可采用应符合下列规定： 1 手工焊接用的焊条应符合现行国家标准《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T 5117 和《热强钢焊条》GB/T 5118 的规定。选择的焊条形号应与被焊钢材的力学性能相适应 2 自动或半自动焊接用的焊丝和焊剂应与被焊钢材相适应，并应符合国家现行有关标准的规定 3 二氧化碳气体保护焊接用的焊丝应符合现行国家标准《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T 8110 的规定 4 当两种级别的钢材相焊接时，可采用与强度较低的钢材相适应的焊接材料 3.3.2 焊缝的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017执行 3.3.3 当采用螺栓等紧固件连接钢管混凝土构件时，连接紧固件应符合下列规定： 1 普通螺栓应符合现行国家标准《六角头螺栓C级》GB/T 5780 和《六角头螺栓C级》GB/T 578 2 的规定。可采用4.6级和4.8级的C级螺栓 2 高强度螺栓应符合现行国家标准《钢构件用高强度大六角头螺栓》GB/T 1228、《钢构件用高强度大六角头螺母》GB/T 1229、《钢构件用高强度垫圈》GB/T 1230、《钢构件用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231 或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T 3632的规定。当螺栓需要热镀锌防腐时，宜采用6.8级和8.8级C级螺栓 3 普通螺栓连接和高强度螺栓连接的设计应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017 执行。 3.3.4 栓钉应符合现行国家标准《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》BG/T 10433 的规定。 4.1 一般规定 4.1.1 钢管混凝土结构可采用框架结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构、框架-支撑结构、筒中筒结构、部分框支-剪力墙结构和杠塔结构。