组合结构5章课件.ppt

第8章 钢管混凝土组合结构的计算 8.1 概述 钢管混凝土结构构件广泛用作高层建筑柱、大跨度桥梁拱或桁架受压构件，以及各种设备支架、塔架、画廊与仓库支柱等各种构筑物中。 优点 (1) 受力合理，能充分发挥混凝土与钢材的特长，从而使构件的承载力大大提高。 (2) 具有良好的塑性性能。三向压应力避免了核心高强混凝土的脆性破坏。 (3) 具有良好的耐疲劳、耐冲击韧性。 (4) 施工简单，缩短工期。钢管本身就是模板，同时本身又是纵筋和箍筋。 (5) 具有很好的经济效果。与钢结构相比，节约大量钢材，钢管混凝土大约能节约钢材50%，因而相应降低造价。与钢筋混凝土结构相比，大约可减少混凝土量50%，用钢量大致相等。 (6) 具有良好的抗震性能。由于结构自重大大减轻，对地震力减小大为有利，而且结构有很好的延性。这在抗震设计中是极为重要的。 (7) 具有优美的造型与最小的受风面积。钢管混凝土的不足之处，主要是梁、柱节点的连接构造和施工比较复杂，耐火性能和耐腐蚀性能不如混凝土结构。 8.2 钢管混凝土结构的构造要求 １. 钢管可采用螺旋缝焊接钢管，直缝焊接钢管或无缝钢管。 2．焊接钢管必须采用双面或单面V形坡口全熔透对接焊缝，并达到与母材等强度的要求. 3．钢管的钢材应采用屈强比fy/fu≤0.8的Ｑ235或Ｑ345号钢，也可采用Ｑ390号钢或Ｑ420号钢。钢管壁的厚度不宜小于4mm，也不宜大于25mm；钢管的外直径D不宜小于100mm，钢管的外径与壁厚之比值宜在20~70之间，一般承重柱在70左右，桁架杆件在25左右。 4．当采用手工焊时，Ｑ235钢材应采用E43型焊条，Ｑ345钢材应采用E50焊条，Ｑ390及Ｑ420钢材应采用E55型焊条。用于加工制作钢管的钢板，尚应具有冷弯180度的合格保证。 5．钢管混凝土的含钢率 ，是指钢管截面面积与内填混凝土截面面积的比值. 为了保证空钢管的局部稳定，含钢率不应小于4%，它相当于径厚 。对于Q235钢，宜取 ,对于Q345钢，宜取 ,一般情况下,比较合适的含钢率为 。 6．为了防止钢管壁发生局部屈曲，圆钢管混凝土受压杆件的径厚比，不宜超过表8.2.1的限值。 7. 国产无缝钢管的规格和截面尺寸见表8.2.2。 8．焊接圆钢管的规格和截面特性见表8.2.3。 8.3.2 影响钢管混凝土短柱受压性能的主要因素 钢管混凝土的受压性能、工作机理与破坏过程与长径比、含钢率、径厚比、套箍系数 （或套箍指数） 等诸多因素有关。 1.含钢率 当 时，钢管对核心混凝土的侧向约束很小，基本上属于单向受压，其承载力相当于钢管与核心混凝土两者承载力的代数和。其曲线也与单向受压曲线类似，破坏仍属于脆性破坏性质。 当含钢率在 时，已经表现出明显的塑性性质，强度与变形都有显著提高。 当含钢率较高大于 时，则充分显示了钢管混凝土的优越性，如图8.3.3曲线3。因此， 在实际工程中，钢管混凝土含钢率大多在以上，通常在 的范围内。 2、套箍系数 当套箍系数 时，钢管对核心混凝土的约束力不大，曲线有下降段 当套箍系数 时，工作分弹性、弹塑性和塑性三个阶段，如图8.3.4中的曲线2所示。 当套箍系数 时，工作分弹性、弹塑性和塑性三个阶段，如图8.3.4中的曲线3所示。 实际工程应用中，最常遇到的情况是第二、第三种类型，均属于延性破坏。 ?  8.4 圆钢管混凝土结构受压构件承载力计算 8.4.1 圆钢管混凝土柱极限平衡理论计算法 1、圆钢管混凝土短柱承载力分析 这种分析方法实质也是《钢管混凝土设计与施工规程》CECS28∶90采用的计算方法。此法经过国内外学者大量的试验结果验证符合较好，并且具有广泛的适用范围，这对于实际工程是完全足够的。 基本假定 （1）把钢管混凝土短柱看成是由钢管和核心混凝土两种构件组成的结构体系； （2）钢管混凝土的极限平衡条件服从VonMises屈服条件； （3）钢管混凝土侧限强度为侧压指数的函数； （4）钢材屈服，混凝土达到极限压应变后均为理想塑性； （5）在极限状态时，对于径厚比 D/t≥20 的薄壁钢管，其径向应力远小于环向应力与纵向应力，可以忽略不计。钢管的应力状态为纵向受压、环向受拉双向异号受力状态，且沿壁厚应力均匀分布。 从计算简图可看出，在外荷载作用下，钢管应力和核心混凝土应力相平衡。极限分析时有5个未知数，即轴向压力 ，钢管