方钢管混凝土柱截面承载力的计算-陆伟东

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1、南京建筑工程学院学报2000年JournalofNanjingArchitecturaland第4期CivilEngineeringInstituteSumNo.55文章编号:1003-711X(2000)04-0011-06
方钢管混凝土柱截面承载力的计算12陆伟东,吕西林(1.南京建筑工程学院土木系,江苏南京210009;2.同济大学,上海200092)摘要:通过用数值计算程序算得16个不同宽厚比和强度比的典型截面的弯矩—轴力曲线,采用曲线拟合的方法提出了方钢管混凝土截面强度的计算方法,计算值与试验结果吻合较好。关键词:方钢管混凝土柱;压

2、弯;承载力中图分类号:TU398+.1文献标识码:A钢管混凝土结构是在劲性混凝土结构、螺旋配筋混凝土结构及钢管结构的基础上演变和发展起来的一种新型结构。近年来,钢管混凝土结构以其在结构性能和施工工艺上的众多优点而在国内外高层建筑中悄然兴起,成为高层建筑结构体系中的后起之秀。近几十年来,国内外对钢管混凝土的理论研究日益深入,工程实际应用亦越来越多,但研究内容偏重于圆钢管混凝土柱,对方钢管混凝土的研究较少。随着组合结构的不断发展,方钢管混凝土柱以其稳定承载力高、节点构造简单、连接方便、抗弯性能好等优点日益受到工程界的重视。本文通过用数值计算程序算

3、得16个不同宽厚比和强度比的方钢管混凝土柱典型截面的弯矩—轴力曲线,采用曲线拟合的方法提出了方钢管混凝土柱截面强度的计算方法,经比较计算值与试验结果吻合较好。1典型方钢管混凝土截面的选择由数值分析可知,方钢管混凝土柱截面在承受轴力和弯矩的联合作用时,用数值计算得到[1]的弯矩—轴力关系曲线近似为一抛物线。考虑到实际工程应用中数值计算的不便,现用曲线拟合的方法得出其近似计算公式。在对一系列典型截面用数值方法计算出其承载力后,拟合出近似的抛物线方程,再对抛物线方程的系数用截面和材性参数逼近。影响方钢管混凝土柱截面性能的最主要的参数有两个:混凝土抗

4、压强度与钢材屈服强度之比(强度比fc/fy),截面宽度与钢管厚度之比(宽厚比Rf=D/t)。宽厚比实际上反映了截面
收稿日期:2000-03-27基金项目:上海市科技发展基金资助项目(0270-237010)作者简介:陆伟东(1970-),男,浙江湖州人,讲师,硕士.12南京建筑工程学院学报2000年中混凝土和钢管的面积之比。进行典型截面选择时,不同的强度比和不同的宽厚比各选了4种,共16种截面。强度比fc/fy从0.0851到0.3191,考虑到工程的实际应用,钢材屈服强度固定为235MPa,而混凝土强度分别为20,35,50和75。宽厚比

5、Rf=D/t从20到90,相应的面积比At/Ac从0.2346到0.0460。各典型截面的具体数据见表1。表1中的每一种截面,都用数值分析的方法各计算了20个N-M点,再进行抛物线方程拟合。表1方钢管混凝土典型截面的尺寸和材料特性A型B型C型D型典型截面fc/fy=0.0851fc/fy=0.1489fc/fy=0.2128fc/fy=0.319120系列200×200×10mm200×200×10mm200×200×10mm200×200×10mmD/t=20fc=20MPafc=35MPafc=50MPafc=75MPaAt/Ac=0.2

6、346fy=235MPafy=235MPafy=235MPafy=235MPa40系列400×400×10mm400×400×10mm400×400×10mm400×400×10mmD/t=40fc=20MPafc=35MPafc=50MPafc=75MPaAt/Ac=0.1080fy=235MPafy=235MPafy=235MPafy=235MPa70系列350×350×5mm350×350×5mm350×350×5mm350×350×5mmD/t=70fc=20MPafc=35MPafc=50MPafc=75MPaAt/Ac=0.059

7、7fy=235MPafy=235MPafy=235MPafy=235MPa90系列450×450×5mm450×450×5mm450×450×5mm450×450×5mmD/t=90fc=20MPafc=35MPafc=50MPafc=75MPaAt/Ac=0.0460fy=235MPafy=235MPafy=235MPafy=235MPa2方钢管混凝土截面强度公式的建立方钢管混凝土截面的强度曲线是用标准化荷载p,m组成的多项式来描述的,标准化荷载由下式给出:N-
N0Mp=m=(1)N0M0其中,N0,M0分别是截面的名义轴压承载力和名义抗

8、弯承载力(其计算式稍后给出);
是截面强度曲线的重心位置,其值为0到1。与普通钢筋混凝土截面类似,方钢管混凝土截面的强度曲线对应弯矩轴是不对称的,如图1所示。典型的