单肢钢管混凝土偏心受压柱的稳定承载力分析

第３６卷第１３期　Ｖｏ１．３６　Ｎｏ．１３　２　０　１　０年５月　山　西　建　筑　ＳＩ－￣ＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＥ　Ｍａｙ．２０１０　・４９・　文章编号：１００９　６８２５（２０１０）１３—００４９．０２　单肢钢管混凝土偏心受压柱的稳定承载力分析　全国兴黄加平　吴启红　摘要：为了研究单肢钢管混凝土偏心受压柱的稳定承载力，通过建立有限元ＡＮＳＹＳ模型，与大量实验数据相对比，研　究了不同影响因素对其极限承载力影响的变化规律，并最终推导考虑长细比和偏心率影响的偏心受压时单肢钢管混凝　土柱稳定承载力计算公式。　关键词：钢管混凝土柱，偏压，影响，承载力，研究　中图分类号：ＴＵ３１２　文献标识码：Ａ　钢管混凝土是在钢管中填充混凝土而形成的构件，它是在劲　对偏心受压钢管混凝土柱极限承载力影响的变化规律。　性钢筋混凝土结构及螺旋配筋混凝土结构的基础上演变和发展　从图１～图３的参数分析中可以得到，随着偏心率和长细比　起来的一种新型结构。钢管混凝土柱具有承载力高、经济、实用、　的增加，钢管混凝土柱的稳定承载力明显降低。在相同的长细比　美观等优点，在工业厂房和高层以及超高层建筑中得到了大量的　下，偏心率越大，构件的极限承载力越低；在相同的偏心率下，长　应用［１一引。　细比越大，构件的极限承载力越低。因此有必要考虑偏心率对钢　１　单肢钢管混凝土偏压柱主要影响因素参数分析　管混凝土柱的影响。　在实际工程中，由于受到初始缺陷、材料的不均匀性以及制　有限元计算模型虽能准确地计算钢管混凝土柱的极限承载　造误差等因素的影响，大部分钢管混凝土构件都处于偏心受压状　力，但计算过程较为复杂，方法也不便于实际应用，有必要提供钢　态。因此有必要研究构件的偏心率大小对钢管混凝土柱稳定极　管混凝土柱偏心受压的稳定承载力简化计算公式。　限承载力的影响。本文采用文献［５］的构件参数对钢管混凝土偏　２单肢钢管混凝土偏压柱的稳定承载力计算公式　心受压柱进行弹塑性分析，基本参数见表１。　２．１　考虑长细比影响的钢管混凝土轴心受压中长柱的　表１偏心受压构件参数表　稳定承载力计算公式　试件编号　试件参数Ｄ×ｔ×Ｌ　偏心距ｅ　实测值　ＡＮＳＹＳ计算值　１Ｔｌｌｎ×ｒｎｒｎ×ｒｎｍ　ｋＮ　ｋＮ　仿照普通钢柱和钢筋混凝土柱的处理方法，直接从大量的试　Ｇｌ一１—１　９０×１　０×３００　１５　２３２．６　２１４．６　验数据中找出因长细比的增长而使极限承载力降低的规律【　。　Ｇｌ—ｌ一２　９０×１．０×３００　１５　２０９　３　２１４．６　根据钢构件轴压承载力设计公式的建立方法，确定钢管混凝土中　Ｇ１—２一ｌ　９０×１　５×３Ｏ０　１５　２４４．２　２４０　１　长柱的稳定系数　：　Ｇ１—２—２　９０×１．５×３００　１５　２４８．８　２４０．１　Ｇ２一ｌ—ｌ　９０×１．０×５００　１５　１９５．３　１９８　８　ｆ　１　（　≤０，２１５）　＝　（　一１—２　９０×１．０×５００　１５　１８３．７　１９８．８　一一　（１）　ｌ１—０．５、／　一０．２１５（Ａ＞０．２１５）　Ｇ２—２一ｌ　９０×１　５×５００　１５　２１４　２２５．８　Ｇ２—２—２　９０×１　５×５００　１５　２３４．９　２２５　８　式（１）中钢管混凝土柱的相对长细比　按下式确定：　（　一１—１　９０×１．０×７００　１５　１８４　１　２１０．３　＝Ｇ３—１—２　９０×１　０×７００　１５　１８３．７　２１０．３　砉＝　Ｌｏ　（２）　Ｇ３—２—１　９０×１．５×７００　１５　２１６．３　２３９．５　其中，　和Ｌ。分别为构件的长细比和计算长度；　和Ｌｃ分别　Ｇ３—２—２　９０×１　５×７Ｏ０　１５　２１８．６　２３９．５　Ｇ４—１—１　９０×１．０×９００　１５　１７２．１　１９６．５　为构件的Ｅｕｌｅｒ临界荷载等于Ｎ０时的长细比和相应的临界长度。　Ｃ－４一ｌ　２　９Ｏ×１．Ｏ×９００　１５　ｌ６５．１　１９６　５　由此可以得到考虑长细比影响的钢管混凝土偏压柱的稳定　Ｇ４—２—１　９０×１　５×９００　１５　２ｏｏ　２２３　承载力计算公式为：　Ｇ４—２—２　９０×１．５×９Ｏ０　１５　２０ｏ　２２３　Ｎ≤　，Ｎ０　（３）　２．２考虑长细比、偏心率影响的钢管混凝土轴心受压　中长柱的稳定承载力计算公式　定义钢管混凝土柱承载力的偏心率折减系数为：　（４）　Ｎｏ＝　Ａ　（１＋２　）　（５）　“　／ｒｒｒｎ　“　／ｒｒｒｎ　ｆ　１　（　≤０．２１５）　，　＝图１　不同长细比的影响　图２　不同钢管壁厚的影响　１《【一一　（６）　１—０．５￣／　一０．２１５（　＞０．２１５）　在用ＡＮＳＹＳ对钢管混凝土进行分析时，主要通过构件的荷　根据试验结果回归（见图４），得到钢管混凝土柱承载力偏心　载一跨中位移关系来研究不同长细比、钢管壁厚、偏心距等因素　率折减系数的计算公式为：　收稿日期：２０１０—０１—１５　作者简介：全国兴（１９８０　），男，工程师，东莞市大业建筑技术咨询有限公司，广东东莞５２３１１２　黄加平（１９７９一），女，工程师，东莞市大业建筑技术咨询有限公司，广东东莞５２３１１２　吴启红（１９８１　），男，工程师，中南大学地学与环境工程学院，湖南长沙４１００８３　第３６卷第１３期　Ｖ０１．３６　Ｎｏ．１３　・５０・　２　０　１　０年５月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＩ　Ｍａｖ．　２０１０　文章编号：１００９．６８２５（２０１０）１３—００５０—０２　型钢混凝土结构的抗震性能　郑涌林　摘要：指出型钢混凝土结构相对于混凝土结构和钢结构具有更好的耐久性、抗震性能等优点，是适于推广和应用的结构　形式之一，重点介绍了型钢混凝土柱和型钢混凝土节点的力学性能，从而完善型钢混凝土结构的理论研究和抗震设计。　关键词：型钢混凝土，抗震性能，抗剪承载力　中图分类号：ＴＵ３５２　文献标识码：Ａ　型钢混凝土结构是把型钢埋入钢筋混凝土中的一种独立的　１．１　型钢混凝土结构和钢结构相比具有的优点　结构形式，也是钢与混凝土组合的一种新形式，其中也配有构造　１）良好的耐久性和耐火性：型钢外包裹的混凝土具有抵抗有　钢筋及少量受力钢筋，是由混凝土、钢骨和钢筋３种材料组成的　害介质侵蚀，防止钢材锈蚀等作用，提高了结构的耐久性；由于混　组合结构。２００１年我国第一部ＪＧ３　１３８—２００１型钢混凝土组合结　凝土结构较钢结构具有良好的耐火性能，克服了钢结构耐火性能　构技术规程颁布执行，并将型钢混凝土组合结构定义为混凝土内　方面的缺陷。２）受力性能好：普通的钢结构构件常具有受压失稳　配置轧制型钢或焊接型钢和钢筋的结构－－１。型钢混凝土结构构　－的弱点，而型钢混凝土结构构件内的型钢因周围混凝土的约束，　件根据其截面配钢的形式可分为实腹式型钢和空腹式型钢两大　型钢受压失稳的弱点得到了克服。３）节约钢材：由于以混凝土和　类。空腹式型钢比较节约钢材，但制作费用较高，抗震性能相对　型钢共同承担荷载，使型钢混凝土成为节约钢材的一个重要手段。　于实腹式型钢较差，因此目前应用不多＿２　Ｊ。　１．２　型钢混凝土结构和钢筋混凝土结构相比具有的优点　１　型钢混凝土组合结构性能特点　＝　１　（７）　时，钢管混凝土柱的稳定承载力随构件的长细比的增大而减小，　反之则增大。式（８）的计算结果与实验值吻合良好，具有表达形　式简单，计算精度高的特点，可供钢管混凝土结构工程设计时参　考使用。　参考文献：　２　［１］　韩林海．钢管混凝土结构的特点及发展［Ｊ］．工业建筑，　１９９８，２８（１０）：１－５．　［２］　刘海霞．高强混凝土的力学性能及应用［Ｊ］．黑龙江交通科　技，２００３，１１５（９）：８０—８１．　一　图４　偏心率对钢管混凝土　［３］　韩林海．钢管混凝土结构——理论与实践［Ｍ］．北京：科学出版　图３　不同偏心距的影响　柱承载能力的影响　社．２００４：３４０—３４２．　因此可以得到既考虑长细比影响，又考虑偏心率影响的钢管　［４］　汤关祚，招炳泉．钢管混凝土受压构件承载力计算［Ｊ］．工业　混凝土中长柱计算公式：　建筑，１９８５（２）：２１—２５．　Ｎ≤　０　（８）　［５］　赵均海，顾强．钢管混凝土偏心受压极限承载力的实验研　３结语　究及理论研究［Ｊ］．工程力学，２００１（ｓｕｐ）：２７３—２７６．　通过相关实验数据来验证式（８）的正确性。主要考虑构件的　［６］　陈铭，何丽丽，巩伟平．浅谈钢结构稳定性设计［Ｊ］．山西　长细比和偏心率对钢管混凝土柱稳定承载力的影响。　建筑，２００８，３４（５）：１１８—１１９．　分析得到，当构件长细比一定时，钢管混凝土偏心受压柱的　［７］　蔡绍怀，邸小坛．钢管混凝土偏压柱的性能和强度计算［Ｊ］．　稳定承载力随构件的偏心距的增大而减小；当构件的偏心率一定　建筑结构学报，１９８５（４）：３２—４１．　Ｔｈｅ　ｓｔａｂｌｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅｄ　ｃｏｌｕｍｎ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｉｌｉｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｅｓ　ＱＵＡＮ　Ｇｕｏ－ｘｉｎｇ　ＨＵＡＮＧ　Ｊｉａ－ｐｉｎｇ　ｗＵ　Ｑｉ・ｈｏｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔＯ　ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｌｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅｄ　ｃｏｌｕｍｎ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｉｌｌｅｄ　ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｅｓ，ｂｙ　ｂｕｉｌｄｉｇｎ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ＡＮＳＹＳ　ｍｏｄｅｌ，ｃｏｍｐａｒｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｍａｎｙ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｄａｔａ，ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅ　ｒｕｌｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｉｔｓ　ｌｉｍｉｔ　ｂｅａｔｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ，ｔｈｅ　ｓｔａｂｌｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｆｏｒｍｕｌａ　ｏｆ　ｃｅｃｅｎｔｒｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅｄ　ｃｏｌｕｍｎ　ｏｆ　ｓｉｎｇｌｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｉｌｌｄｅ　ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｅｓ　Ｗａｓ　ｆｉｎａｌｌｙ　ｄｅｄｕｃｅｄ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ｓｌｅｎｄｅｒｎｅｓｓ　ａｎｄ　ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ　ｒａｔｉｏ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｉｌｌｅｄ　Ｓｔｅｅｌ　ｔｕｂｅｓ，ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ，ｂｅａｒｉｇｎ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｒｅｓｅａｒｃｈ　收稿日期：２０１０．０１—１２　作者简介：郑涌林（１９７８一），男，实验师，华侨大学土木工程学院，福建泉州３６２０２１