中、美型钢混凝土柱承载力计算理论比较

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1、第四届湖北省土木工程专业大学生科技创新论坛论文集2011年6月中、美型钢混凝土柱承载力计算理论比较余辉，彭超(长江大学城市建设学院，湖北荆州434023)j商要s通过对中国‘钢骨混凝土结构技术规程>(YB9082．2006)与美国Acl318．99规范中型钢混凝土柱的轴心受压承载力、偏心距增大系数、偏心受压承载力计算方法上的对比分析。结果表明：中国规程中对于型钢混凝土柱承载力的计算结果相对比较保守：在偏心距增大系数的计算方法上中、美两国均比较繁琐；中国规程中型钢混凝土柱设计方法考虑到的影响因素不及美国规范中的全面．关键词l型钢混凝土柱；承载力；理论分析l引言型钢混凝土结构是指

2、在混凝土中主要配置型钢(轧制或焊接成型)，并且配有一定的受力钢筋及构造钢筋的结构，是钢与混凝土组合结构的一种主要形式，其简称为SRC(steeIreiIlforced∞ncrete)。SI℃同钢筋混凝土结构相比，SRC具有承载力大，受力合理，整体和局部性能好，抗震性能好，施工周期短以及综合经济效应明显等优点，因此在国际上的应用越来越广泛。对于型钢混凝土构件，目前在国际上存在着三种正截面的设计方法：(1)考虑外包混凝土的折算刚度，参照钢结构的设计方法进行设计；(2)考虑型钢应力在正截面上的分布情况。参照钢筋混凝土构件的设计方法；(3)叠加方法，即将型钢S部分与钢筋混凝土RC部分

3、的承载力相叠加。对于折算刚度的设计方法我国工程技术人员不熟悉，而按照钢筋混凝土结构设计的方法计算又过于复杂，因此我国采用的是相对简单的叠加方法。型钢混凝土柱作为建筑构件的一种主要形式，在高层结构中不仅承受水平荷载还承受着竖向荷载，其承载力计算的精确性与否不仅关系到建筑物使用的安全性，更是关系到结构设计的经济性，因此对我国型钢混凝土柱正截面的承载力计算进行修正具有十分重大的现实意义。本文通过中国规范<钢骨混凝土结构技术规程》(YB9082-2006)(以下简称YB规程)与美国ACl318．99规范的对比，从轴心受压承载力、偏心距增大系数、偏心受压承载力三个方面来探讨中、美型钢混

4、凝土柱在承载力计算方法及理论上的差异性。2计算理论分析2．1轴心受压承载力型钢混凝土柱作为受压构件，在轴心受压或是偏心受压的试验中，混凝土会对型钢有一定的约束作用，从而没有出现型钢发生局部屈曲的现象，因此在设计中规程对型钢部分的失稳不予考虑，中国YB规程规定的轴心受压极限承载力计算公式为：Ⅳs烈Z4+∥4：+Z’九)(1)式中，Z为混凝土的轴心受压强度设计值：4为混凝土的净截面面积；丸为钢骨的有效净截面面积；Z为纵向钢筋的抗压强度设计值；-『：为钢骨的抗压强度设计值，妒为钢骨混凝土柱的稳定系数，对于稳定系数伊则由，0，f的值确定。在实际应用中绝对的轴心受压是不存在的，通常都有

5、一定的初偏心，这样在构件承受压力较大时会对其承载力有一定的削弱。按照考虑初始偏心距吒的偏心受压构件的正截面承载力来计算，因此在计算时乘入了系数0．9，因此通常在实际工程应用时柱的极限受压承载力公式为：。作者简介：余辉，男，长江大学城市建设学院土木10803班，本科生，E-mail：yuhuiab@gmail．com彭超，男，长江大学城市建设学院土木10804班．本科生，E·mail：305709752@qq．∞m指导教师：曾磊。男，长江大学城市建设学院讲师．E-f姐il：瑟nglei28@126．∞m国家大学生创新性实验计划项目(项目编号lOl048933)2011年6月第四

6、届湖北省士木工程专业大学生科技创新论坛论文集Ⅳ=o．9烈Z4+Z4+Z^)(2)在单向压力作用下，美国ACl313．99型钢混凝土规范中柱的轴心受压极限承载力计算公式为：只=O．8贼(3)昂=o．85∥4+‘4+C4(4)式中，正为混凝土的轴心受压强度设计值：4为混凝土的净截面面积；C为纵向钢筋的抗压强度设计值：4为纵向钢筋截面积；C型钢抗压强度设计值：^为型钢的有效净截面面积；矿为结构抗力折减系数。通过(1)与+(4)对比不难分析出，中国YB规程仅是将型钢部分与钢筋混凝土部分的受力进行简单的叠加．没有考虑两者材料受力的相关性，更为重要的是型钢部分的受压承载力远大于混凝土部分

7、的承载力，当加载到极限承载力80％以上时，型钢与混凝土问的滑移严重从而会产生一些纵向贯通的裂缝，这样在型钢部分还未达到屈服强度前．构件就已经破坏．而美国规范则是将型钢部分乘以了一个折减系数O．85显然考虑到这一因素，因此在这一点上美国ACl318．99规范相对中国YB规程更贴近轴心受压构件受力的实际情况，但是美国规范同样没有考虑到在受压时型钢会对部分混凝土有一定的约束作用。特别是十字形截面的型钢混凝土柱中的十字形型钢对其包裹的混凝土约束作用更强，使混凝土处于三向受压状态，间接提高了混凝土的受压承载力．2