钢管混凝土柱轴压力弹性极限点的近似计算.pdf
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1、浙江建 筑 , 第 2 8卷 , 第 1 期 , 2 0 1 1年 1月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n ,Vo 1 2 8,No 1 ,J a n 2 0 1 l 钢管混凝土柱轴压力弹性极 限点的近似计算 Ap p r o x i ma t i o n o f Th e E l a s t ic L imit o f co n c r e t e F i l l e d Th i n W al l e d St e e l Tu b e Co l u mn u n d er Ax i a l Pr e s s u r e 李福 恩 , 赵 克超
2、 H F u e nZHAO Ke c h a o (1郑 州 航 卒 工 、 管理 学 院 河 南郑州 4 5 0 0 l 5: 2 河南 工稗 学 院 河 南 郑 州 4 5l 1 9 1 摘要 : 根据钢管混凝土结构的原理及其组成材料的本构关系 , 对钢管混凝土柱轴压 力的弹性极 限作 r近 似计算 , 并与现 有 的两种弹性极限点求法进行 了对 比分析。结果表明, 根据 该文方法计 算的误 差值在许可范同, 所以在 T程中估箅钢管混凝 土轴 压 柱的弹性极 限点时 , 可采用该文 的计算公式、 关键词 : 钢管混凝土; 轴 压力; 弹性极限点 ; 近似计算 中 图分 类 号 : T I
3、 7 3 I 1 】 ; T U 5 2 8 5 9 文 献 标 识 码 : B 文 章 编 号 : 】 0 0 8 3 7 0 7 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 2 60 3 钢管混 凝土 是 最具 代 表 性 、 最具 发 展 前 景 的约 束混 凝土结 构之 一 , 具有 强度 高 、 延性好 、 重量 轻 、 施 T 简便等 特点 结合 混凝 土泵送 工艺和应 用 高强混 凝 土使钢 管混凝 土 的优 势 得 以充分 展 现 , 是 近代 约 束混凝 土在 技术 上 的 一 一 大 突破 。 当前 , 最常 用 的是 圆钢 管 混 凝 土 。其 基本 原 理 是借 助 网钢
4、管对 核 心混 凝 土 的套 箍 约 束作 用 , 使 核 心混 凝土 处于 i 向受压 状 态 , 从 而使 核 心 混 凝 土具 有更 高 的抗 压强 度 和 压缩 变 形 能力 , 但 钢 管 混凝 土 在受 压初 始 阶段 ( 即 弹性 工 作 阶段 ) 是不 存 在 或 存 在很 小套箍 约束 作用 的。 弹性 极 限点作 为套箍 约束 作用 的 近 似 起 点 , 同 时 又 是 钢 管 混 凝 土 轴 压 构 件 一 曲线 的 一个 特征点 , 所 以很 有必 要求得 此 点处 的轴 压 力。根据 现 有 文献 资 料 的研 究 , 钢 管 混凝 土 的弹性极 限点与 套 箍 约
5、束 作 用 的起 始 点很 相 近 , 为 便 于计算 , 以套 箍约 束作 用 起 始 点代 替 弹性 极 限点 进行 近似计 算 。 1 现 有 方 法 1 1 方 法 一 文献 1 定 义 名 义 破 坏 荷 载 ( 或 名 义 承 载 力 ) 为不 考虑 钢管 的套箍 约束作 用 , 将 其视 为普 通 的 纵 向钢筋 而按 钢筋混 凝土 柱计算 的极 限承 载力 , 即 : N c=A +A ( 1 ) 式 ( 1 ) 中 : ,4 、 4 一 分 别 为核 心 混 凝 土 和钢 管 的横 截 面积 ; 、 厂 一 分别 为混凝 土 的抗压 强度 和钢 管管 材 的屈服极 限。 文献
6、 1 经过大 量 的试 验研 究 , 发 现在套 箍 指标 较低 的区段 , 实测 的 比值 、 都大 于 l , 在 套箍 指 标 较高的区段 , 该 比值 平 均接 近 于 l , 在实 用 上 直接 取 作 为钢 管混凝土轴压柱 的弹性 极限荷载 , 即: P=A +4 ( 2) 1 2 方 法 二 文献 2 1 运 用 “ 钢 管 混 凝 土 统一 理 论 ” , 对 钢 管 混 凝土轴 压柱 进行 了全过 程分 析 。将 弹性 阶段 的终 点 定义 为钢管 混凝 土 轴 心受 压 时 的组 合 比例 极 限 , 此 时钢管 的折算 应 力达到钢 材 的 比例极 限 。经分析 认 为
7、, 基 本上 只与 钢 材 的屈 服 点 有 关 , 与混 凝 土强度 等级 及含 钢 率几 乎 无 关 , 此 时钢 管 和 混凝 土 都为单 向受 力状 态 , 处 于 即将 产 生 套箍 约 束 作用 的瞬时 , 推 得 : 收 稿 日期 : 2 01 0一l 】一1 0 作者简介 : 李福恩( 1 9 7 7 一) , 男, 河南焦作人 , 讲师, 从事建筑结构工程的教学 T作 第 1期 李福恩等 : 钢管混凝土柱轴压力弹性极限点的近似计算 2 7 = 0 0 1 9 2 f , 2 3 5+0 4 8 8 、 式 ( 3 ) 中 : 一 轴 压组 合 比例 极 限 ; ( 3 ) :
8、2 r V s ( 92) 一 轴 压组 合 强度 标 准值 ; 一 钢 管 管材 的屈 服 极 限 。 由式 ( 3 ) 得钢管混凝 土轴压柱 的弹性极限承载 力 为 : P=( A + ) ( 4) 2 本文方 法 2 1 材料 的本 构关 系 2 1 1 混 凝 土 的本 构 关 系 钢 管 混 凝 土 轴 压 柱 中 的混 凝 土在 钢管 对混 凝 土产 生 套箍 约束 作 用之前 是 处 于单 向压 应 力 状 态 , 这 里 采 用 文献 3 建 议 的本 构关 系 , 即 : O r = 1 一( 1 一 o ) ( 8 o ) ( 5 ) 式 ( 5 ) 中 : 0 :0 0
9、0 2+0 5 ( = 一5 0 )1 0 一 , 02 0时 , 取 n =2 0。 2 1 2钢 管管 材 的本 构关 系 采 用双 直线 模 型 , 其 数 学 表达 式 为 : = E s ( s ) ( 6) = ( s 、 s ) 式 中 : 一钢 材 的屈 服应 力 ; s 一 钢 材 的极 限应 变 ; 一 钢材 的屈服 应 变 。 2 2推 导 过 程 通 常 钢管 混凝 土 在 弹性工 作 阶段 钢管 和混 凝 土 均 处 于弹性 工 作 状 态 。所 以 , 钢 管 和 混凝 土 的本 构 模 型分 别 为 : 钢 管 O - = E ( 71 ) 混凝 土 = 1一(
10、1 一 s 。 ) ( 72 ) 设 钢 管 外径 为 尺, 内径 为 r , 则 有 钢 管 的 面积 为 A =叮 T ( R 一 r ) , 混 凝 土 的面 积 为 A =订 r 。在 轴 压 作 用下 钢 管与混 凝 土 的轴 向变形 量 相 等 , 故 有 = = ,从 而 有 : = E ( 8一1 ) - - L 1 一( 1一 。 ) “ ( 8 2 ) 钢管 径 向和 切 向应 变为 s =s =V s , 混凝 土 径 向应 变 为 :V 。因此 , 在 轴压 力作 用 下 : 钢管 径 向变 形量 为 A = 2 r s ( 91 ) 混凝 土 的径 向变形 量 为 在
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