傅昶彬课件系列组合结构第六章-钢管混凝土结构.pptx

6.2 6.2 钢管混凝土构件设计钢管混凝土构件设计6.2.1 6.2.1 钢管混凝土设计规范钢管混凝土设计规范国外规范国外规范欧洲规范欧洲规范EC4(2004)EC4(2004)澳大利亚规范澳大利亚规范AS5100(2004)AS5100(2004)美国混凝土协会规范美国混凝土协会规范ACI318(2008)ACI318(2008)美国钢结构协会规范美国钢结构协会规范AISC(2010)AISC(2010)英国规范英国规范BS5400(2005)BS5400(2005)日本建筑学会规范日本建筑学会规范AIJ(2008)AIJ(2008)国内规范国内规范6.2.1 6.2.1 钢管混凝土设计规范钢管混凝土设计规范 自自19891989年至今已有行业和地方两方面的年至今已有行业和地方两方面的设计施工规程十余本。设计施工规程十余本。中国工程建设标准化协会标准中国工程建设标准化协会标准钢管混凝土结构设计与施工规程钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS28:90CECS28:90）（简称简称CECS28CECS28规程规程）中国工程建设标准化协会标准中国工程建设标准化协会标准矩形钢管混凝土结构技术规程（矩形钢管混凝土结构技术规程（CECS159:2004CECS159:2004）（简称简称CECS159CECS159规程规程）福建省工程建设标准福建省工程建设标准钢管混凝土结构技术规程钢管混凝土结构技术规程DBJ/T13-51-2010 DBJ/T13-51-2010 （简称福建简称福建规程规程）6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标 钢管混凝土的力学性能不仅与两种材料各自的钢管混凝土的力学性能不仅与两种材料各自的性能有关，而且与两者的性能有关，而且与两者的“匹配匹配”有关。有关。1.1.材料要求材料要求钢管钢管 一般按钢结构用材要求。宜采用螺旋焊接管或一般按钢结构用材要求。宜采用螺旋焊接管或直接焊接管直接焊接管,焊缝为坡口对接焊，不得采用搭接角焊焊缝为坡口对接焊，不得采用搭接角焊缝。缝。混凝土混凝土 Q235-C30Q235-C30或或C40C40，Q345-C40Q345-C40C60,Q390C60,Q390或或Q420-Q420-C50C50或或C60C60及以上；水灰比及以上；水灰比0.450.45，加减水剂塌落度，加减水剂塌落度宜为宜为160160180mm180mm。6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标2.2.参数定义及限值参数定义及限值含钢率含钢率约束效应系数约束效应系数 反映截面几何与物理特性，反映截面几何与物理特性，越大约束越强，越大约束越强，混凝土强度和延性增加越大。取值范围混凝土强度和延性增加越大。取值范围 0.30.34 4，抗震要求圆管，抗震要求圆管0.60.6，方管，方管1.01.0。6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标2.2.参数定义及限值参数定义及限值径厚比或高厚比径厚比或高厚比D/t长细比长细比 基于不发生局部失稳，虽可考虑混凝土支撑的基于不发生局部失稳，虽可考虑混凝土支撑的有利影响，但不得大于钢结构有利影响，但不得大于钢结构D/tD/t的的1.51.5倍，且倍，且 圆管圆管D/t150235/fyDDB详详钢规钢规柱柱150150支撑支撑200200矩管矩管6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标3.3.钢管混凝土的刚度钢管混凝土的刚度取值直接影响结构分析准确性。取值直接影响结构分析准确性。组合轴压刚度组合轴压刚度短柱平均应力短柱平均应力-应变曲线应变曲线 基本以基本以定性方式确定性方式确定，各规程定，各规程公式有别公式有别：福建福建规程规程CECS规程规程6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标3.3.钢管混凝土的刚度钢管混凝土的刚度组合弹性抗弯刚度组合弹性抗弯刚度 不仅不考虑粘结，而且还要考虑混凝土的开裂不仅不考虑粘结，而且还要考虑混凝土的开裂和塑性发展。和塑性发展。福建福建规程规程CECS规程规程规程不同公式有别。规程不同公式有别。6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标3.3.钢管混凝土的刚度钢管混凝土的刚度组合剪切刚度组合剪切刚度 取定钢与约束混凝土的本构模型，用有限元程取定钢与约束混凝土的本构模型，用有限元程序算出纯扭或纯剪的名义剪应力与剪应变的关系曲序算出纯扭或纯剪的名义剪应力与剪应变的关系曲线线，并以其比例极限定义剪变模量。并以其比例极限定义剪变模量。钢与约束混凝土的本构模型钢与约束混凝土的本构模型广义虎克定律？广义虎克定律？不同应力水平下的割线模量；不同应力水平下的割线模量；不同应力水平下的泊松比。不同应力水平下的泊松比。6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标3.3.钢管混凝土的刚度钢管混凝土的刚度组合剪切刚度组合剪切刚度纯扭构件纯扭构件-曲线曲线6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标3.3.钢管混凝土的刚度钢管混凝土的刚度组合剪切刚度组合剪切刚度P150P150式（式（6-176-17）P150P150式（式（6-186-18）6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标3.3.钢管混凝土的刚度钢管混凝土的刚度组合剪切刚度组合剪切刚度6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标4.4.钢管混凝土的强度指标钢管混凝土的强度指标组合轴压强度组合轴压强度短柱平均应力短柱平均应力-应变曲线应变曲线弹塑性基本结束弹塑性基本结束钢和砼均达极限钢和砼均达极限标准值标准值设计值设计值短柱轴心受压承载力短柱轴心受压承载力福建福建规程规程6.2.2 6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标钢管混凝土材料和设计指标4.4.钢管混凝土的强度指标钢管混凝土的强度指标组合抗剪强度组合抗剪强度纯扭构件典型纯扭构件典型-曲线曲线 外钢管也外钢管也达屈服，主要达屈服，主要与含钢率、约与含钢率、约束系数和组合束系数和组合轴压强度有关，轴压强度有关，详式（详式（6-226-22）和式（和式（6-236-23）。）。6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算1.短柱短柱 木柱在木柱在L/b10时可看作时可看作“短柱短柱”，钢筋，钢筋混凝土柱在混凝土柱在L/b8时可以称为时可以称为“短柱短柱”，素，素混凝土和未配置纵筋的套箍混凝土柱混凝土和未配置纵筋的套箍混凝土柱L/b4可可以称为以称为“短柱短柱”，砖石柱，砖石柱L/b3可以称为可以称为“短短柱柱”。钢管混凝土在极限状态时，钢管主要起钢管混凝土在极限状态时，钢管主要起环箍的作用，在纵向的作用很小，在环箍的作用，在纵向的作用很小，在L/D4时也可算作时也可算作“短柱短柱”。6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算1.短柱短柱钢管混凝土短柱加载方式钢管混凝土短柱加载方式试验装置试验装置6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算1.短柱短柱钢管混凝土短柱钢管混凝土短柱N-N-曲线曲线6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算1.短柱短柱弓弦效应示意图弓弦效应示意图变形测量示意图变形测量示意图钢管纵向应变小于整体平均应变机理解释钢管纵向应变小于整体平均应变机理解释弹性薄片弹性薄片6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算1.短柱短柱中建院所作短柱试件外观形态变化过程图中建院所作短柱试件外观形态变化过程图6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算短柱短柱中建院部分短柱试件试验以后的外形中建院部分短柱试件试验以后的外形1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算中建院粗短厚壁钢管混凝土试件中建院粗短厚壁钢管混凝土试件试验后外形试验后外形N-c曲线曲线荷载荷载N（10kN）纵向应变纵向应变c（%）短柱短柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算混凝土各阶段的应力状态混凝土各阶段的应力状态 （苏）格沃（苏）格沃兹杰夫兹杰夫用极限用极限平衡理论求解平衡理论求解钢管混凝土短钢管混凝土短柱承载力柱承载力Nu短柱短柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算极限状态下钢管与混凝土受力简图极限状态下钢管与混凝土受力简图短柱短柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算等测压三向受压混凝土等测压三向受压混凝土短柱短柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算据据MisesMises条件条件短柱短柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算短柱短柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算同理，可推出同理，可推出P158CECS28依据依据短柱短柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算长柱长柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算影响钢管混凝土长柱承载力的主要因素有：影响钢管混凝土长柱承载力的主要因素有：钢管对核心混凝土的套箍强化作用钢管对核心混凝土的套箍强化作用柱的长细比柱的长细比作用力的偏心率作用力的偏心率柱端约束条件柱端约束条件长柱长柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算中建院中建院-钢管混凝土长细比影响试验钢管混凝土长细比影响试验试验装置试验装置试验后试件试验后试件长柱长柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算长柱长柱1.轴心受压构件轴心受压构件中建院长细比影响经验公式对国外资料的校核中建院长细比影响经验公式对国外资料的校核6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算长柱长柱1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算据据C CECS28ECS28规程规程计算公式计算公式 圆钢管圆钢管短柱短柱、长长柱轴心受柱轴心受压偏心受压偏心受压承载力压承载力钢管内半径钢管内半径等效计算长度等效计算长度1.轴心受压构件轴心受压构件6.2.3 6.2.3 钢管混凝土构件承载力验算钢管混凝土构件承载力验算据据CECS159CECS159规程规程矩形钢管矩形钢管柱轴心受柱轴心受压承载力压承载力不考虑钢管横向约束影响不考虑钢管横向约束影响稳定系数详稳定系数详P158式式6-35据据福建福建规程规程计算公式计算公式1.轴心受压构件轴心受压构件