傅昶彬課件系列—組合結(jié)構(gòu)第六章鋼管混凝土結(jié)構(gòu)(3)

1、拉拉、彎和壓彎構(gòu)件承載力驗(yàn)算彎和壓彎構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土格構(gòu)式柱設(shè)計(jì)鋼管混凝土格構(gòu)式柱設(shè)計(jì)新型鋼管混凝土柱新型鋼管混凝土柱6.2 鋼管混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)鋼管混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算2.軸心受拉構(gòu)件軸心受拉構(gòu)件 軸心受拉，鋼管為雙向受拉狀態(tài)，有利材料強(qiáng)度軸心受拉，鋼管為雙向受拉狀態(tài)，有利材料強(qiáng)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(gòu)模型，當(dāng)含鋼率取定鋼管混凝土三向本構(gòu)模型，當(dāng)含鋼率= 0.040.2時(shí)，由數(shù)值計(jì)算有：時(shí)，由數(shù)值計(jì)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(yīng)，考慮約束效應(yīng)，CECS規(guī)程規(guī)程忽略約束效應(yīng)。忽略約束效應(yīng)。6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算3.受彎構(gòu)件受彎構(gòu)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(shí)一定時(shí)和和當(dāng)當(dāng)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(jì)算？計(jì)算？P1626.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算4.壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件中建院中建院-長柱試驗(yàn)方案長柱試驗(yàn)方案 為了能較好地觀為了能較好地觀察長細(xì)比和偏心率對察長細(xì)比和偏心率對鋼管混凝土柱力學(xué)行鋼管混凝土柱力學(xué)行為的影響，并據(jù)之建為的影響，并據(jù)之建立承載力計(jì)算方法，立承載力計(jì)算方法，中建院采用了棋盤式中建院采用了棋盤式的試驗(yàn)方案。的試驗(yàn)方案。e0/rcL/D CECS28規(guī)程規(guī)程以此試驗(yàn)為據(jù)建立壓以此試驗(yàn)為據(jù)建立壓彎構(gòu)件承載力公式彎構(gòu)件承載力公式00NNNel 6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力

4、驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算4.壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件中建院長細(xì)比影響經(jīng)驗(yàn)公式對國外資料的校核中建院長細(xì)比影響經(jīng)驗(yàn)公式對國外資料的校核6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算4.壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件長細(xì)比長細(xì)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(yàn)結(jié)果匯總偏壓柱總折減系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果匯總6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算4.壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)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(shí)實(shí)實(shí)實(shí)實(shí)實(shí)實(shí)實(shí)由由 6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算4.壓彎

5、構(gòu)件壓彎構(gòu)件不同方式得到的不同方式得到的N-M相關(guān)曲線相關(guān)曲線6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算4.壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件相關(guān)曲線相關(guān)曲線uuMMNN 響響長細(xì)比對相關(guān)曲線的影長細(xì)比對相關(guān)曲線的影由數(shù)值計(jì)算及由數(shù)值計(jì)算及參數(shù)分析參數(shù)分析，圖中，圖中A點(diǎn)坐標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo) 2010ff圓管和矩管具體表達(dá)式見圓管和矩管具體表達(dá)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(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算4.壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件福建福建規(guī)程規(guī)程計(jì)算方法計(jì)算方法平面內(nèi)平面內(nèi)平面外平面外（只針對矩管）（只針對矩管）

6、11122 umuuumuMMdNcNNbNMMdaNN 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)032 uNN14 . 1 umuMMNN 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)032 uNN 00200012121 cba 矩管矩管圓管圓管EENNNNd25. 014 . 01CECS28規(guī)程規(guī)程計(jì)算方法計(jì)算方法6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算4.壓彎構(gòu)件壓彎構(gòu)件CECS159規(guī)程規(guī)程計(jì)算方法計(jì)算方法 cecelelelreredlNN0004 . 085. 11114115. 01 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)4 dle 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)55. 10 cre 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)55. 10 cre 時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)4 dle 對于矩管壓彎構(gòu)件，要求分別驗(yàn)算強(qiáng)度和穩(wěn)對

7、于矩管壓彎構(gòu)件，要求分別驗(yàn)算強(qiáng)度和穩(wěn)定。其穩(wěn)定計(jì)算公式與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的壓彎構(gòu)件計(jì)定。其穩(wěn)定計(jì)算公式與鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的壓彎構(gòu)件計(jì)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(jì)算無法計(jì)算受彎構(gòu)件受彎構(gòu)件的承載力的承載力6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)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。基頂情形在基頂和柱頂可能出現(xiàn)局部受壓情形?；斍樾慰砂纯砂椿煲?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(xué)福州大學(xué)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(shí)局部受壓時(shí)的工作機(jī)理的工作機(jī)理研究研究6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)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(yīng)力影響的驗(yàn)算鋼管初應(yīng)力影響的驗(yàn)算6.2.3 鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)算無初應(yīng)力無初應(yīng)力有初應(yīng)力有初應(yīng)力初應(yīng)力對偏壓柱初應(yīng)力對偏壓柱N-um的影響的影響 初應(yīng)力最多可

9、初應(yīng)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(yīng)力不宜定，鋼管初應(yīng)力不宜超過超過0.35s f, 當(dāng)超過當(dāng)超過時(shí)時(shí), 鋼管混凝土承載鋼管混凝土承載力應(yīng)乘影響系數(shù)，即力應(yīng)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(gòu)件承載力驗(yàn)算鋼管混凝土構(gòu)件承載力驗(yàn)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(nèi)力重混凝土徐變將造成鋼管與混凝土的內(nèi)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(jì)算核心混凝土收縮的計(jì)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(jì)算收縮應(yīng)變量，然后在美國工程師協(xié)會規(guī)范公式計(jì)算收縮應(yīng)變量，然后在混凝土中添加適量的膨脹劑消除其收縮。混凝土中添加適量的膨脹劑消除其收縮。6.2.4 鋼管混凝土格構(gòu)式柱的設(shè)計(jì)鋼管混凝土格構(gòu)式柱的設(shè)計(jì)1.格構(gòu)式住的組成格構(gòu)式住的組成雙肢格構(gòu)柱雙肢格構(gòu)柱6.2.4 鋼管混凝土格構(gòu)式柱的設(shè)計(jì)鋼管混凝土格構(gòu)式柱的設(shè)計(jì)1.格構(gòu)式住的組成格構(gòu)式住的組成三肢格構(gòu)柱

11、三肢格構(gòu)柱四肢格構(gòu)柱四肢格構(gòu)柱6.2.4 鋼管混凝土格構(gòu)式柱的設(shè)計(jì)鋼管混凝土格構(gòu)式柱的設(shè)計(jì)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(shí)腹構(gòu)件考慮剪切變形的臨界壓應(yīng)力實(shí)腹構(gòu)件考慮剪切變形的臨界壓應(yīng)力 剪切角剪切角 1111122222222VGAkEAEGAkEAExxxxr EAxx220 格構(gòu)式構(gòu)件換算計(jì)算長度格構(gòu)式構(gòu)件換算計(jì)算長度1 V1 V 簡化模型簡化模型計(jì)算計(jì)算 考慮鋼管混凝土特性的考慮鋼管混凝土特性的計(jì)算公式見計(jì)算公式見P175表表6-86.2.4 鋼管混凝土格構(gòu)式柱的設(shè)計(jì)鋼管混凝土格構(gòu)式柱的設(shè)計(jì)3.格構(gòu)柱的設(shè)計(jì)格構(gòu)柱的設(shè)計(jì) 單向壓彎可采用雙肢或三肢格構(gòu)柱，雙向壓單向

12、壓彎可采用雙肢或三肢格構(gòu)柱，雙向壓彎可采用四肢格構(gòu)柱，肢距及各肢截面尺寸初估彎可采用四肢格構(gòu)柱，肢距及各肢截面尺寸初估計(jì)算確定。計(jì)算確定。軸心受壓格構(gòu)柱承載力計(jì)算軸心受壓格構(gòu)柱承載力計(jì)算max1max117 . 05 . 040 斜腹桿格構(gòu)柱斜腹桿格構(gòu)柱及及平腹桿格構(gòu)柱平腹桿格構(gòu)柱條件：條件：單肢可不驗(yàn)算穩(wěn)定性的單肢可不驗(yàn)算穩(wěn)定性的按換算長細(xì)比確定。按換算長細(xì)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(gòu)構(gòu)柱柱橫橫向向剪剪力力用用于于腹腹桿桿內(nèi)內(nèi)力力和和焊焊縫縫計(jì)計(jì)壓彎格構(gòu)柱承載力計(jì)算壓彎格構(gòu)柱承載力計(jì)算6.2.4 鋼管混凝土格構(gòu)式柱的設(shè)計(jì)鋼管混凝土格構(gòu)式柱的設(shè)

13、計(jì)3.格構(gòu)柱的設(shè)計(jì)格構(gòu)柱的設(shè)計(jì) 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(gòu)柱平面內(nèi)穩(wěn)定公式格構(gòu)柱平面內(nèi)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(shí)混凝土鋼管自密實(shí)混凝土 混凝土摻用活性細(xì)料，降低水灰比，不需振搗，混凝土摻用活性細(xì)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(jià)。關(guān)注問題是鋼管局部失穩(wěn)。低工程造價(jià)

14、。關(guān)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(gòu)造措施提高薄壁鋼管局部穩(wěn)定構(gòu)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(nèi)管抗火性更好（但要考自重輕，剛度大，內(nèi)管抗火性更好（但要考慮防爆），可有廣泛的工程應(yīng)用。慮防爆），可有廣泛的工程應(yīng)用。%5020 tDDi 常用空心率常用空心率 目前規(guī)范級試驗(yàn)研究尚不夠，故承載力計(jì)算可目前規(guī)范級試驗(yàn)研究尚不夠，故承載力計(jì)算可按實(shí)心鋼管混凝土的計(jì)算公式作適當(dāng)修正。按實(shí)心鋼管混凝土的計(jì)算公式作適當(dāng)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(xué)性能除有與普通鋼管混凝土相似的良好力學(xué)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(jiǎng)，層建筑獎(jiǎng)，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(gòu)件承受力構(gòu)件承載力應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)載力應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)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(qiáng)復(fù)合塑料增強(qiáng)復(fù)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