钢管混凝土核心短柱轴压承载力计算方法研究

《钢管混凝土核心短柱轴压承载力计算方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、图1管混凝土核心柱截面形式钢管混凝土核心短柱轴压承载力计算方法研究刘洁，王正中（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，陕西杨凌712100）摘要：钢管混凝土核心短柱承载力目前仍无统一计算方法，针对此问题，文章基于钢管混凝土核心柱轴压承载力计算方法与外围普通钢筋混凝土体积配箍率有着密切关系的认识，分体积配箍率小于和等于大于临界配筋率两种情况建立了该柱轴压承载力计算公式；当外围混凝土的配箍率小于临界配箍率时，组合柱的破坏是由外围混凝土控制，根据协同工作原理，通过对钢管混凝土核心柱各组成部分荷载-变形曲线分析，建立了该柱轴压承载力计算

2、公式；当外围混凝土的配箍率等于或大于临界配箍率时，核心柱破坏时钢管内外混凝土都能达到极限状态，采用极限平衡法推导该柱轴压承载力计算公式。理论分析与实验结果相吻合，表明了本文方法的正确性。关键词：钢管混凝土核心柱；轴压；承载力；荷载-变形曲线；极限平衡法中图分类号：U444文献标识码：B钢管混凝土核心柱（以下简称核心柱）可以看作是以圆钢管混凝土为核心，外包普通钢筋混凝土内设纵筋和箍筋而形成的组合柱（如图1）。这种形式的组合柱由于具有承载力高，构造简单，便于连接等优点，因而在工程中应用越来越广泛[1-4]。目前，国外关于该柱研究很

3、少，国内学者已开展了不少研究工作，得到好几种关于其承载力计算公式，然而这些公式有些是基于有限试验数据建立的[2-4]，有些是基于叠加思路建立的[5]，有些则是通过数值方法建立的[1、6]，缺乏普遍性、系统性、精确性和实用性，严重地阻碍该柱推广使用。因此，建立物理概念清晰，理论依据充分，形式简单，结果准确的该柱承载力计算方法，是工程设计及实践中极为关注的问题。的体积配箍率有着密切的关系，核心钢管混凝土的承载力发挥程度主要取决于外围混凝土的配箍率，基于此认识，本文参照文献[7]已推导出临界状态(钢管混凝土和外围箍筋约束混凝土同时达

4、到极限状态)下，外围普通钢筋混凝土的体积配箍率，分两种情况研究该组合柱的轴压承载力：当外围混凝土的配箍率小于临界配箍率时，由于钢管内外混凝土极限承载力的不同步，钢管混凝土核心柱承载力计算方法很难在理论上突破，因此基于叠加原理，在对组成核心柱的钢管混凝土和外围箍筋约束混凝土各部分荷载-变形曲线分析基础之上，根据协同工作原理，建立了该柱的轴压承载力简化计算公式；当外围混凝土的配箍率等于大于临界配箍率时，考虑到核心柱破坏时钢管混凝土和管外箍筋约束混凝土都已达到极限状态，参考钢管混凝土柱采用极限平衡法推求承载力计算公式[8]，故本文在

5、适当的假定基础上采用极限平衡法推导出了当外围混凝土的配箍率等于大于临界配箍率时核心柱的轴压承载力计算公式。通过与实验结果比较，证明本文所建立的计算公式是正确性。外围混凝土的配箍率若小于临界配箍率，柱的破坏是由外围混凝土控制，在轴心受压过程中，外围混凝土将首先破坏；当外围混凝土的配箍率等于或大于临界配箍率，核心柱破坏时钢管内外混凝土都能达到极限状态。1临界状态下外围混凝土的配箍率钢管混凝土核心柱在轴向荷载不大时，轴向荷载按钢管混凝土核心柱一般承受较大轴压力，在高轴压比下，核心钢管混凝土和外围普通混凝土的力学反应有明显差异，柱的破

6、坏常常始于外围混凝土，通过设置合理数量的箍筋来约束外围混凝土可以提高该柱延性和承载力，因此，核心柱的极限荷载与外围普通钢筋混凝土基金项目：陕西省自然科学基金项目（907c19）。作者简介：刘洁（1970-），女，陕西兴平人，博士，主要从事工程结构的研究工作。1402009年03期(总第51期)图2钢管混凝土和管外约束混凝土的荷载-变形曲线钢管混凝土和外围混凝土的轴向刚度分配。当轴向荷载增大到一定程度时，钢管的横向约束和外围混凝土箍筋的横向约束开始发挥作用，如果外围混凝土横向箍筋太少，则在核心钢管混凝土远未达到极限承载力时外围混

7、凝土会过早剥落。文献[7]推导出临界状态下，外围普通钢筋混凝土的体积配箍率为约束混凝土的极限应变点定义为钢管混凝土核心柱的极限状态，因此组合柱的承载力应等于外围约束混凝土的极限承载力与外围约束混凝土峰值应变对应的钢管混凝土的承载力之和，即（2）Nu=Nc1+η1Ncs=Ac1fcc1+As1fy1+η1Nsc式中，Nu为钢管混凝土核心柱的轴压极限承载力；Nc1为fy1钢管外包钢筋混凝土轴压承载力；A、f分别为钢管外（1）u2=0.73f%c1cc1部箍筋约束混凝土的截面面积和箍筋约束混凝土的抗压强度，经分析此时箍筋约束指标λt

8、≤0.32，约束混凝土r(r-1)+vry2r+1式中，u2为临界状态时外围混凝土的配箍率；fy、fy2分别为钢管和箍筋的屈服强度；r为外内径比，对圆形截面r=d2/d1，d2、d1分别为外围混凝土柱直径和钢管外径，对矩形截面，取两者面积比的1/2次方；v为混凝土泊松比，一般