钢管混凝土的工作原理和设计应用

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1、钢管混凝土的工作原理和设计应用　　(包头市劳动培训中心，内蒙古包头014010) 　　摘要：阐述了钢管混凝土结构的工作原理、在各种结构中的应用、计算方法，并对钢管混凝土的优缺点作了简要分析。 　　关键词：钢管混凝土；工作原理；技术规程；构件设计 　　中图分类号：TU528.571文献标识码：B文章编号：1007—6921(XX)24—0136—03 　　随着建筑材料科技的不断进步，一些新的结构形式和建筑类型应运而生，其中钢管混凝土具有承载力高，塑性、韧性好，抗震性能高，耐火性能好等优点，使其得到了广泛的应用和发展。由于钢管混凝土在较小的截面

2、下还具有较高的承载能力，可以增加建筑有效使用空间，用钢管混凝土柱代替混凝土柱可大大加快施工速度。故在高层结构、超高层结构、单层多层工业厂房及桥梁结构中应用广泛。 　　钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，一般不配钢筋。只在极少数的情况下，例如柱子承受特别大的压力，或压力小而弯矩大，或可能承受很大的上拔力时则在管内配置纵向钢筋。根据钢管混凝土的种类，构件截面类型可分为；内填、外包型、内填外包型三类，构件截面形状又分为圆形、方形等。本文将着重介绍钢管混凝土的工作原理，设计应用及设计中应注意的问题。 1钢管混凝土的基本工作原理 　　根据试验数

3、据结果，钢管混凝土轴心受压时组合性能曲线形状和破坏性质随套箍系数：θ=fs·Αs/fC·ΑC，(fs、Ac分别是钢材及混凝土强度设计值；As、Ac分别是钢管、混凝土的截面积)的不同而不同,可归纳为三种类型，如图1所示。 　　740)this.width=740"border=undefined> 　　套箍系数0.41时(如图1曲线3所示)，工作分弹性、弹塑性和强化三个阶段。 　　在实际工作中最常见的情况是图中2、3所示情况即θ≥1。只有含钢率很低，而混凝土的强度又较高时才会有图中的第1种情况。图中曲线2、3所示两种类型钢管混凝土的工

4、作过程分析如下： 　　oa段为非常接近直线的弹性工作阶段，这一段直到钢管应力达比例极限，这时荷载约为极限荷载的70%～80%。ab段为弹塑性工作阶段，钢管与混凝土处于三向应力状态。bc'段为强化阶段，从b点开始由于钢管塑性的发展荷载增量主要将由核心混凝土负担，混凝土的横向变形迅速增大，因而径向推挤钢管促使钢管的环向应力增大，因而箍紧力增大。但此时钢管已进入塑性工作，根据VonMises屈服条件的关系，在环向应力增加的同时纵向应力必然下降，与此同时核心混凝土却由于侧压力的增大而提高了承载力。 　　圆钢管混凝土短试件，在纵向轴心压力N的作用下，产生纵

5、向压应变ε3。由此将引起钢管和核心混凝土的环向应变ε1s和ε1c，它们分别按下列公式计算:ε1s=μsε3，ε1c=μcε3，式中μs和μc分别是钢材和混凝土的泊松比。圆管混凝土短试件在轴心压力N的作用下，开始时μs〉μc；待钢管纵向压应力б3≈fp时μs≈μc。因此，在N力继续增大，钢管应力超过比例极限后，μc将大于μs即ε1c>ε1s。意味着这时核心混凝土向外未扩张的变形应大于钢管的直径扩张变形。由此而产生了钢管与核心混凝土之间的相互作用力p，此力称为紧箍力，如图2，使得钢管与核心混凝土都处于三项应力状态。钢管纵向受压(б3)、径向受压(б2)

6、环向受拉(б1)；而核心混凝土纵向径和环向皆受压(б3、б2、б1)。紧箍力p在钢管内的分布与钢管形状有很大关系。圆钢管中紧箍力均匀分布；方管中紧箍力在直线边的中部大为减小，而在四角部紧箍力最大；八边形也是中部紧箍力小而各四角部的紧箍力大。所以从紧箍力的效应来说，圆钢管最大，方钢管最小多边形则介于二者之间。钢管混凝土轴心受压时产生的紧箍效应，是钢管混凝土具有特殊性能的根本原因。 2受压构件承载力 　　根据钢管和与混凝土共同工作的原理，参照我国建筑结构设计统一标准的规定和《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28：90)着重对圆钢管混凝土构件承载

7、力的计算分析介绍。轴心受压构件的承载力计算包括强度和稳定验算。钢管的局部稳定由限制钢管的壁厚来保证，要求壁厚不得小于直径的1%即D/t≤100这对于内填混凝土的钢管来说完全可得到保证。用作框架柱时容许长细比为［λ］=80，用作平台柱时容许长细比为［λ］=100，用作桁架可放宽到120。 2.1单管柱轴心受压构件强度设计 N0≤Asc·fSC 　　fSC=(1.212+Bξ0+Cξ20)fc 　　B=0.1759×fy/235+0.974 　　C=-0.1038×fck/20+0.0309 ξ0＝αsf／fc 　　αs——构件截面含钢率，α

8、s=As/Ac； 　　As、Ac——钢管、混凝土的横截面面积； ξ0——套箍