四川大學建環學院

2015.9傅昶彬課件系列—組合結構第六章鋼管混凝土結構（2）主要內容◆材料和設計指標◆軸心受壓構件承載力計算

6.2鋼管混凝土構件設計6.2.1鋼管混凝土設計規范◆國外規范歐洲規范EC4(2004)澳大利亞規范AS5100(2004)美國混凝土協會規范ACI318(2008)美國鋼結構協會規范AISC(2010)英國規范BS5400(2005)日本建筑學會規范AIJ(2008)◆國內規范6.2.1鋼管混凝土設計規范

自1989年至今已有行業和地方兩方面的設計施工規程十余本。中國工程建設標準化協會標準《鋼管混凝土結構設計與施工規程》（CECS28:90）

（簡稱CECS28《規程》）中國工程建設標準化協會標準《矩形鋼管混凝土結構技術規程（CECS159:2004）（簡稱CECS159《規程》）福建省工程建設標準《鋼管混凝土結構技術規程》DBJ/T13-51-2010

（簡稱福建《規程》）6.2.2鋼管混凝土材料和設計指標鋼管混凝土的力學性能不僅與兩種材料各自的性能有關，而且與兩者的“匹配”有關。1.材料要求◆鋼管

一般按鋼結構用材要求。宜采用螺旋焊接管或直接焊接管,焊縫為坡口對接焊，不得采用搭接角焊縫。◆混凝土

Q235-C30或C40，Q345-C40～C60,Q390或Q420-C50或C60及以上；水灰比≤0.45，加減水劑塌落度宜為160～180mm。6.2.2鋼管混凝土材料和設計指標2.參數定義及限值◆含鋼率◆約束效應系數

ξ反映截面幾何與物理特性，ξ越大約束越強，混凝土強度和延性增加越大。取值范圍0.3≤ξ≤4，抗震要求圓管0.6≤ξ，方管1.0≤ξ。6.2.2鋼管混凝土材料和設計指標2.參數定義及限值◆徑厚比或高厚比D/t◆長細比

基于不發生局部失穩，雖可考慮混凝土支撐的有利影響，但不得大于鋼結構D/t的1.5倍，且圓管D/t≤150·235/fyDDB詳《鋼規》柱150支撐200矩管6.2.2鋼管混凝土材料和設計指標3.鋼管混凝土的剛度取值直接影響結構分析準確性。◆組合軸壓剛度短柱平均應力-應變曲線基本以定性方式確定，各規程公式有別：福建《規程》CECS《規程》6.2.2鋼管混凝土材料和設計指標3.鋼管混凝土的剛度◆組合彈性抗彎剛度

不僅不考慮粘結，而且還要考慮混凝土的開裂和塑性發展。福建《規程》CECS《規程》規程不同公式有別。6.2.2鋼管混凝土材料和設計指標3.鋼管混凝土的剛度◆組合剪切剛度取定鋼與約束混凝土的本構模型，用有限元程序算出純扭或純剪的名義剪應力與剪應變的關系曲線，并以其比例極限定義剪變模量。鋼與約束混凝土的本構模型—廣義虎克定律？—不同應力水平下的割線模量；—不同應力水平下的泊松比。6.2.2鋼管混凝土材料和設計指標3.鋼管混凝土的剛度◆組合剪切剛度純扭構構件τ-γ曲線6.2.2鋼管混混凝土土材料料和設設計指指標3.鋼管混混凝土土的剛剛度◆組合剪剪切剛剛度P150式（6-17）P150式（6-18）6.2.2鋼管混混凝土土材料料和設設計指指標3.鋼管混混凝土土的剛剛度◆組合剪剪切剛剛度6.2.2鋼管混混凝土土材料料和設設計指指標4.鋼管混混凝土土的強強度指指標◆組合軸軸壓強強度短柱平平均應應力-應變曲曲線彈塑性性基本本結束束鋼和砼砼均達達極限限標準值值設計值值短柱軸軸心受受壓承承載力力福建《規程》6.2.2鋼管混混凝土土材料料和設設計指指標4.鋼管混混凝土土的強強度指指標◆組合抗抗剪強強度純扭構構件典典型τ-γ曲線外鋼管管也達達屈服服，主主要與與含鋼鋼率、、約束束系數數和組組合軸軸壓強強度有有關，，詳式式（6-22）和式式（6-23）。6.2.3鋼管混混凝土土構件件承載載力驗驗算1.短柱木柱在在L/b≤10時可看看作““短柱柱”，，鋼鋼筋混混凝土土柱在在L/b≤8時可以以稱為為“短短柱””，，素混混凝土土和未未配置置縱筋筋的套套箍混混凝土土柱L/b≤4可以稱稱為““短柱柱”，，磚石石柱L/b≤3可以稱稱為““短柱柱”。。鋼管混凝凝土在極極限狀態態時，鋼鋼管主要要起環箍箍的作用用，在縱縱向的作作用很小小，在L/D≤4時也可算算作“短柱””。6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算1.短柱鋼管混凝凝土短柱柱加載方方式試驗裝置置6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算1.短柱鋼管混凝凝土短柱柱N-ε曲線6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算1.短柱弓弦效應應示意圖圖變形測量量示意圖圖鋼管縱向向應變小小于整體體平均應應變機理理解釋彈性薄片片6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算1.短柱中建院所所作短柱柱試件外外觀形態態變化過過程圖6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算◆短柱中建院部部分短柱柱試件試試驗以后后的外形形1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算中建院粗粗短厚壁壁鋼管混混凝土試試件試驗后外外形N-εc曲線荷載N（10kN）縱向應變變εc（%）◆短柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算混凝土各各階段的的應力狀狀態（蘇）格沃茲杰杰夫用極限平平衡理論論求解鋼鋼管混凝凝土短柱柱承載力力Nu◆短柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算極限狀態態下鋼管管與混凝凝土受力力簡圖◆短柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算等測壓三三向受壓壓混凝土土②①◆短柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算據Mises條件………①………②………③………④………⑤◆短柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算◆短柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算同理，可可推出P158CECS28依據◆短柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算◆長柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算影響鋼管管混凝土土長柱承承載力的的主要因因素有：：●鋼管對核核心混凝凝土的套套箍強化化作用●柱的長細細比●作用力的的偏心率率●柱端約束束條件◆長柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算中建院-鋼管混凝凝土長細細比影響響試驗試驗裝置置試驗后試試件◆長柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算◆長柱1.軸心受壓壓構件中建院長長細比影影響經驗驗公式對對國外資資料的校校核6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算◆長柱1.軸心受壓壓構件6.2.3鋼管混凝凝土構件件承載力力驗算據CECS28《規程》◆計算公式式圓