第２７卷 第１期２０１４年１月
中 国 公 路 学 报
Ｃｈｉｎａ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｉｇｈｗａｙ
ａｎｄ ＴｒａｎｓｐｏｒｔＶｏｌ．２７ Ｎｏ．１
Ｊａｎ．２０１４
文章编号：１００１－７３７２（２０１４）０１－００５７－
０７收稿日期：２０１３－０４－
１１基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（２
０１１ＢＡＪ０９Ｂ０２）；长江学者和创新团队发展计划项目（ＩＲＴ１２９６）；新世纪优秀人才支持计划项目（ＮＣＥＴ－１１－
０５０８）作者简介：谷利雄（１９７６－），男，湖南耒阳人，讲师，工学博士，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｔｇ
ｕｌｘ＠ｓｃｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ。圆端形钢管混凝土轴压短柱受力性能研究
谷利雄１，丁发兴２，付 磊２，李 刚２
（１．华南理工大学土木与交通学院，
广东广州 ５１０６４１；２．中南大学土木工程学院，湖南长沙 ４１００７５）摘要：为研究圆端形钢管混凝土（ＣＦＲＴ）轴压短柱的力学性能，对４个圆钢管混凝土（Ｃ
ＦＴ）轴压短柱和１０个圆端形钢管混凝土轴压短柱进行试验研究，探讨了不同宽厚比和钢管厚度对其极限承载力的影响，应用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件进行三维实体单元建模，对圆端形钢管混凝土轴压短柱进行非线性有限元分析；基于ＡＢＡＱＵＳ参数分析，考虑宽厚比对套箍作用系数的影响，建立了圆端形钢管混凝土轴压短柱极限承载力实用计算公式。结果表明：在其他条件相同的情况下，圆端形钢管混凝土轴压短柱的极限承载力随钢管壁厚及圆端形宽的增大而增大；随着圆端形宽厚比的增加，圆端形钢管混凝土轴压短柱的约束效应减弱，核心混凝土轴向应力的提高程度减缓；计算结果与试验结果较为吻合。
关键词：桥梁工程；圆端形钢管混凝土；试验研究；极限承载力；宽厚比；套箍作用系数中图分类号：Ｕ
４４３．２ 文献标志码：ＡＭｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ Ｒｏｕｎｄ－ｅｎｄｅｄ
ＳｔｅｅｌＴｕｂｕｌａｒ Ｓｔｕｂ Ｃｏｌｕｍｎｓ Ｕｎｄｅｒ Ａｘｉａｌ
ＬｏａｄＧＵ Ｌｉ－ｘｉｏｎｇ１，ＤＩＮＧ Ｆａ－ｘｉｎｇ２，ＦＵ Ｌｅｉ ２，ＬＩ Ｇａｎｇ
２（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ａｎｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６４１，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ
，Ｃｈｉｎａ；２．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７５，Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ ｒｏｕｎｄ－ｅｎｄｅｄ
ｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒ（ＣＦＲＴ）ｓｔｕｂ ｃｏｌｕｍｎｓ，ａｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ４ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ ｃｉｒｃｕｌａｒ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ（ＣＦＴ）ｓｔｕｂ ｃｏｌｕｍｎｓ ａｎｄ １０ＣＦＲＴ ｓｔｕｂ ｃｏｌｕｍｎｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ｉｎ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｔｏｆａｉｌｕｒｅ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｕｌｔｉｍａｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｂ ｃｏｌｕｍｎｓ ｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｆｌａｋｉｎｅｓｓ ｒａｔｉｏｓ ａｎｄ ｗａｌｌ－ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ ｗｅｒｅ ｅｘｐｌｏｒｅｄ．ＡＢＡＱＵＳ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ３Ｄｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｂ ｃｏｌｕｍｎｓ ｕｎｄｅｒ ａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＢＡＱＵＳ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙ
ｓｉｓ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆｌａｋｉｎｅｓｓ ｒａｔｉｏ ｏｎｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ，ａｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆＣＦＲＴ ｓｔｕｂ ｃｏｌｕｍｎｓ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｗｈｅｎ ｏｔｈｅｒ ｐ
ａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ｔｈｅ ｓａｍｅ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｗａｌｌ－ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ａｎｄ ｗｉｄｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＣＦＲＴ ｓｔｕｂ ｃｏｌｕｍｎｓ，ｔｈｅ ｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ＣＦＲＴ ｓｔｕｂ ｃｏｌｕｍｎｓ ｕｎｄｅｒ ａｘｉａｌｌｙ ｌｏａｄｉｎｇ ａｒｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ；ｔｈｅ ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｕｂ ｃｏｌｕｍｎｓ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｆｌａｋｉｎｅｓｓ ｒａｔｉｏ ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆａｘｉａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｎ ｃｏｒｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｉｓ ｒｅｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ａｒｅ ｉｎ ｇｏｏｄ ａｇｒｅｅｍｅｎｔ ｗｉｔｈｔｈｅ ｅｘｐ
ｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂｒｉｄｇｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ－ｆｉｌｌｅｄ ｒｏｕｎｄ－ｅｎｄｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｅ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ；ｕｌ－ｔｉｍａｔｅ ｂｅａｒｉｎｇ
ｃａｐａｃｉｔｙ；ｆｌａｋｉｎｅｓｓ ｒａｔｉｏ；ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
０引 言
随着经济的发展，强地震区建设重载铁路、高速公路桥梁已成为必然，对桥墩延性的要求也越来越高。目前桥梁中一般采用圆端形钢筋混凝土桥墩，圆端形钢管混凝土桥墩是在圆端形钢管内浇入普通混凝土，具有近似于圆钢管混凝土桥墩的优点，但其抗震性能较差［１－３］。此外，目前虽有关于圆端形钢管混凝土桥墩柱在实际工程中的应用实例和相关的研究报道［４－５］，但并未进行系统科学的研究。
圆端形钢管混凝土轴压短柱的力学性能是研究圆端形钢管混凝土桥墩力学性能的基础，然而对圆端形钢管混凝土轴压短柱力学性能的研究目前尚未有文献报道。为此，本文中对１０个圆端形钢管混凝土轴压短柱和４个圆钢管混凝土轴压短柱试件进行试验研究，以分析宽厚比和钢管壁厚对圆端形钢管混凝土轴压短柱力学性能的影响，并采用ＡＢＡＱＵＳ通用有限元软件对试验结果进行验证及参数分析，进而结合本课题组已提出的圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力计算公式，建立圆端形钢管混凝土轴压短柱极限承载力计算公式。
１试验研究
１．１试验概况
圆端形钢管混凝土截面如图１所示，图１中Ｂ为圆端形宽，Ｄ为圆端形厚。圆端形钢管混凝土的力学性能随其宽厚比（Ｂ／Ｄ）的变化而改变，当Ｂ／Ｄ＝１时为圆钢管混凝土，而当Ｂ／Ｄ较大时（如Ｂ／Ｄ＝５），其性能近似于钢筋混凝土。为此，共设计１４个试件，试件编号、实测尺寸及基本性能参数见表１。表１中试件编号ＣＦＴ表示圆钢管混凝土，ＣＦＲＴ表示圆端形钢管混凝土，ｔ为钢管壁厚，Ｌ为试件高度，ｆｃｕ为立方体抗压强度，ｆｓ为钢管的屈服强度，Ｎ０ｕ为轴压短柱极限承载力实测值。圆端形钢管由Ｑ２３５热轧钢板加工对焊成型。对接焊缝满足《钢结构设计规范》（ＧＢ ５００１７—２００３）［６］要求。
圆钢管和圆端形钢管加工成型后再在钢管下端焊上４ｍｍ厚钢盖板，并在其外表面涂上油漆防锈，同时画上５０ｍｍ×５０ｍｍ的网格。从钢管上端未焊盖板处灌入混凝土，用振捣棒振捣密实，以确保混凝土初凝前其表面与钢管端部截面大致处于同一平面，同时制作边长为１５０ｍｍ的标准混凝土立方体试块和１００ｍｍ×１００ｍｍ×３００ｍｍ混凝土棱柱体试块，同条件自然养护。混凝土终凝后，
用打磨机将
图１圆端形钢管混凝土截面
Ｆｉｇ．１Ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔｕｂ Ｃｏｌｕｍｎｓ
表１轴心受压试件基本参数
Ｔａｂ．１Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ
试件
编号
Ｂ／
ｍｍ
Ｄ／
ｍｍ
ｔ／
ｍｍ
Ｌ／
ｍｍ
ｆｃｕ／
ＭＰａ
ｆｓ／
ＭＰａ
Ｎ０ｕ／
ｋＮ
ＣＦＴ１－Ａ
ＣＦＴ１－Ｂ
ＣＦＴ２－Ａ
ＣＦＴ２－Ｂ
ＣＦＲＴ１－Ａ
ＣＦＲＴ１－Ｂ
ＣＦＲＴ２－Ａ
ＣＦＲＴ２－Ｂ
ＣＦＲＴ３－Ａ
ＣＦＲＴ３－Ｂ
ＣＦＲＴ４－Ａ
ＣＦＲＴ４－Ｂ
ＣＦＲＴ５－Ａ
ＣＦＲＴ５－Ｂ
２５１．９ ２５１．９ ３．７０
２５０．２ ２５０．２ ３．６９
２５１．２ ２５１．２ ５．５１
２５２．１ ２５２．１ ５．７４
２９９．８ ２５２．６ ３．７５
３０２．６ ２４９．０ ３．７５
２９９．３ ２５５．０ ５．８４
３００．８ ２５１．０ ５．８０
３５０．０ ２５５．１ ３．７２
３５１．５ ２５２．３ ３．７６
３５２．１ ２５１．４ ５．９０
３４９．１ ２５１．０ ５．９２
３９４．１ ２６０．０ ３．７９
３９６．０ ２６４．０ ３．８０
７５０
７５０
７５０
７５０
９００
９００
１ ０００
４０．４
４０．４
４０．４
４０．４
４０．４
４０．４
５０．４
５０．４
３２７．７
２９９．５
３２７．７
２９９．５
３２７．７
２９９．５
３２７．７
３ ０２３
３ ２６５
３ ５５６
３ ６６１
３ ４２９
３ ３３８
４ １６２
４ １６８
３ ９２９
４ １５８
４ ４９２
５ ５３０
５ ６２０
５ ５００其表面磨平，用环氧树脂将混凝土截面填平使之与钢管端部截面平齐，再将上端４ｍｍ厚钢盖板盖上，以保证两者加载初期共同受力。
试验采用Ｃ４０商品混凝土：４２．５级普通硅酸盐水泥、石子（最大粒径１８ｍｍ）和粗砂，混凝土坍落度为４２ｍｍ。每立方米混凝土中材料用量：水泥４２０ｋｇ，碎石１ ２０１ｋｇ，砂子３２０ｋｇ，水１６８ｋｇ。１．２试验方法
试验前，先按标准试验方法测试钢材的材料性能、混凝土立方体试块和棱柱体试块的力学性能。
将试验所用４ｍｍ厚和６ｍｍ厚的钢板各制作３个标准试件，按照《金属材料室温拉伸试验方法》（ＧＢ／Ｔ ２２８—２００２）［７］进行拉伸试验，钢管的材料性能见表２，表２中ｆｕ为钢管的极限强度，Ｅｓ为钢管弹性模量，ｖｓ为钢管泊松比。
混凝土立方体抗压强度ｆｃｕ由相同条件下养护
８
５中 国 公 路 学 报 ２０１４年
表２
钢管材料性能
Ｔａｂ．２Ｐｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｓｔｅｅｌ Ｔｕｂｅ材料ｆｓ／ＭＰａ ｆｕ／ＭＰａ Ｅｓ
／ＭＰａ ｖｓ
４ｍｍ厚钢板３２７．７ ４６０．３ ２．０８×１０５
０．２９３６ｍｍ厚钢板
２９９．５
３９０．５
２．０５×１０
５ ０．２７８
的标准混凝土立方体试块和混凝土棱柱体试块按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》（Ｇ
Ｂ／Ｔ５００８１—２００２
）［８］
进行测试，混凝土材料性能测试结果见表３，表３中Ｅｃ为混凝土弹性模量，ｖｃ为混凝
土泊松比。
表３
混凝土材料性能
Ｔａｂ．３Ｐｒｏｐ
ｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ材料ｆｃ／ＭＰａ ｆｃｕ／ＭＰａ Ｅｃ
／ＭＰａ ｖｃ
混凝土
２９．５
４０．４
３．０８×１０
４
０．
２３ 由于表１中编号靠后的试件截面尺寸较大，
普通的５００ｔ试验机难以测得其极限承载力，因此最后３个试件改用２ ０００ｔ试验机进行测试，测试时间较晚，试件中的混凝土强度发展较多，其强度等级由
试件抽芯确定，芯样换算的混凝土立方体抗压强度为５０．４ＭＰａ
。每个试件钢管中截面处布置３个应变花，其位置对应图１中的Ａ２和Ａ３，另一相对面布置２个位移计，其位置对应于图１中的Ａ１。试件加载与测量布置示意和试验照片如图２所示，图２中Ｎ为荷载。试验采用分级加载模式：弹性阶段每级荷载约为极限荷载的１０％，弹塑性阶段每级荷载约为极限荷载的５％；每级荷载加载时间持续３～５ｍｉｎ后采集１次数据
，试件接近其极限荷载以及破坏后连续采集数据。
图２
试件受压试验
Ｆｉｇ．２Ｔｅｓｔ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｓｐ
ｅｃｉｍｅｎｓ１．３试验现象与结果分析
试件在加载初期基本上表现为弹性，当荷载增至极限荷载的６０％～７０％时，
试件开始进入到弹塑性工作阶段，钢管表面出现不明显屈曲，但实测的荷载－轴向应变（Ｎ－εＬ）
曲线表现出明显的非线性，见图３。
图３
圆端形钢管混凝土轴压短柱荷载－轴向
应变关系测试曲线
Ｆｉｇ
．３Ｔ
ｅｓｔ Ｌｏａｄ－ａｘｉａｌ Ｓｔｒａｉｎ ｏｆ ＣＦＲＴ Ｓｔｕｂ Ｃｏ
ｌｕｍｎｓＵｎｄｅｒ Ａｘｉａｌｌｙ
Ｌｏａｄｉｎｇ随着外荷载的继续增加，当试件达到极限荷载后，圆端形钢管内部向外鼓的核心混凝土呈剪切型错动并出现压碎现象，但由于钢管的约束，核心混凝土整体性仍较好，如图４所示；之后试件变形迅速增加，试件承载力逐渐下降，终因试件变形过大而终止试验，试件典型破坏形态如图５所示。
图４核心混凝土破坏形态
Ｆｉｇ．４Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｆａｉｌｕｒｅ ｏｆ Ｓｐ
ｅｃｉｍｅｎｓ图５典型试件破坏形态
Ｆｉｇ．５Ｔｙｐ
ｉｃａｌ Ｆａｉｌｕｒｅ Ｍｏｄｅ ｏｆ ＣＦＲＴ Ｓｔｕｂ Ｃｏｌｕｍｎｓ 由表１可知：
在其他参数相同情况下，圆端形钢管混凝土轴压短柱的极限承载力随钢管壁厚ｔ的增大而增大，见ＣＦＴ１与ＣＦＴ２，ＣＦＲＴ１与ＣＦＲＴ２
，ＣＦＲＴ３与ＣＦＲＴ４系列对比；其极限承载力随圆端形宽Ｂ的增大而增大，见ＣＦＴ１，ＣＦＲＴ１与ＣＦＲＴ３
，以９
５第１期 谷利雄，等：圆端形钢管混凝土轴压短柱受力性能研究
及ＣＦＲＴ２，ＣＦＴ２与ＣＦＲＴ４系列对比。
２理论分析
２．１模型建立
以ＡＢＡＱＵＳ／Ｓｔａｎｄａｒｄ６．４为工具进行建模，圆端形钢管混凝土的外包钢管选用４节点的壳单元（Ｓ
４Ｒ），核心混凝土及加载板采用８节点三维实体单元（Ｃ３Ｄ８Ｒ），加载板为刚性面。模型网格划分采用结构化网格划分技术，如图６所示。加载板与管内混凝土采取绑定（Ｔｉｅ）约束形式，圆端形钢管与加载板的约束形式采用壳－实体耦合（Ｓｈｅｌｌ－ｔｏ－ｓｏｌｉｄ－ｃｏｕｐｌｉｎｇ
）。圆端形钢管和核心混凝土的接触关系采用摩擦型，切线方向的接触按照库伦摩擦定义，摩擦因数选为０．５；法线方向的接触按照“硬接触”定义，允许钢管和混凝土之间有微小的有限滑移
。
图６模型网格划分
Ｆｉｇ
．６Ｍｅｓｈ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｄｅｌ混凝土单轴受压应力－应变关系及相应的参数取值见文献［９
］，具体表达式如下ｙ＝Ａ１ｘ＋（Ｂ１－１）ｘ２
１＋（Ａ１－２）ｘ＋Ｂ１ｘ
２ ｘ≤１ｘ
α１（ｘ－１）２
＋ｘｘ＞烅
烄烆１（１）式中：ｙ＝σ／ｆｃ，ｘ＝ε／εｃ（σ为应力；ｆｃ为轴心抗压强度，ｆｃ＝０．４ｆ７／６
ｃ
ｕ；ε为应变；εｃ为受压峰值应变，εｃ＝３８３ｆ７／１８ｃｕ×１
０－６
）；Ａ１，Ｂ１均为上升段参数，Ａ１＝９．１ｆ－４／９ｃｕ，Ｂ１＝１．６（Ａ１－１）２
；α１为下降段参数，α１＝
０．１５。混凝土弹性阶段泊松比取０．２，采用ＡＢＡＱＵＳ中的塑性损伤本构模型，模型中流动偏角取０．１，
双轴等压时强度与单轴强度之比取１．２２５，拉、压子午线上第二应力不变量比值取０．６６７，粘性系数取０，剪胀角取４０°
。钢管的应力－应变关系为［
９］
σｉ＝Ｅｓεｉ εｉ≤εｙ
ｆｓεｙ＜
εｉ≤εｓｔｆｓ＋ζＥｓ（εｉ－εｓｔ）
εｓｔ＜
εｉ≤εｕｆｕεｉ＞ε烅烄
烆
ｕ（２
）式中：σｉ为钢管的等效应力；取ｆｕ＝１．５ｆｓ；
取钢管弹性模量Ｅｓ＝２．０６×１０５
ＭＰａ；εｉ为钢管的等效应变；εｙ为钢管屈服时的应变；εｓｔ为钢管强化时的应变；εｕ为钢管达极限强度时的应变，取εｓｔ＝１２εｙ，εｕ＝１２０εｙ，ζ＝１
／２１６。短柱试件建模时采用全截面形式，模拟计算分析时采用１／２模型，并采用位移加载和增量迭代法进行非线性方程组求解，以得到荷载－位移全曲线。２．２计算结果
４个圆钢管混凝土轴压短柱和１
０个圆端形钢管混凝土轴压短柱极限承载力有限元计算值Ｎ′ｕ与试验结果（轴压短柱极限承载力实测值Ｎ０ｕ）的比较见表４。由表４可见，有限元计算值与试验结果吻合良好并偏于安全。ＡＢＡＱＵＳ非线性有限元法得到的典型荷载－应变全曲线与试验结果的比较见图７，图７中εθ
，ｓ为环向应变，Ａ２和Ａ３在试件中部截面处的位置见图１，由图７可知，两者较为吻合。
表４
轴压短柱极限承载力实测值与计算值比较
Ｔａｂ．４Ｃｏｍｐ
ａｒｉｓｏｎｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｎ０ｕ，Ｎ′ｕａｎｄ Ｎ″
ｕ试件编号Ｎ０ｕ／ｋＮ Ｎ′ｕ／ｋＮ Ｎ″ｕ／ｋＮ Ｎ０ｕ（Ｎ′ｕ）
－１ Ｎ０ｕ（Ｎ″ｕ）－１ＣＦＴ１－Ａ ３ ０２３ ２ ９６２ ３ ０１１ １．０２１ １．００４ＣＦＴ１－Ｂ ３ ２６５
２ ９３３ ２ ９７７ １．１１３ １．０９７ＣＦＴ２－Ａ ３ ５５６ ３ ６３４ ３ ５２０ ０．９７９ １．０１０ＣＦＴ２－Ｂ
３
６６１ ３ ６２３ ３ ６２１ １．０１０ １．０１１ＣＦＲＴ１－Ａ ３ ４２９ ３ ３９２ ３ ４３６ １．０１１ ０．９９８ＣＦＲＴ１－Ｂ ３ ３３８ ３ ３７７ ３ ４１９ ０．９８８ ０．９７６ＣＦＲＴ２－Ａ ４ １６２ ４ １０７ ４ １０１ １．０１３ １．０１５ＣＦＲＴ２－Ｂ ４ １６８ ４ ０１１ ４ ０４６ １．０３９ １．０３０ＣＦＲＴ３－Ａ ３ ９２９ ３ ８３２ ３ ８８１ １．０２５ １．０１２ＣＦＲＴ３－Ｂ ４ １５８ ３ ８３０ ３ ８７９ １．０８５ １．０７２ＣＦＲＴ４－Ａ ４ ４９２ ４ ４９２ ４ ５４８ １．０００ ０．９８８ＣＦＲＴ４－Ｂ ５ ５３０ ４ ９５３ ５ １２７ １．１１６ １．０７９ＣＦＲＴ５－Ａ ５ ６２０ ５ ４８４ ５ １０７ １．０２５ １．１００ＣＦＲＴ５－Ｂ ５ ５００
５ ５５７
５ １９６
０．９９０
１．０５９
２．３约束效果分析
在试验验证ＡＢＡＱＵＳ有限元法正确的基础上，进行典型圆端形钢管混凝土轴压短柱的
０
６中 国 公 路 学 报 ２０１４年
图７典型试件荷载－应变曲线计算结果与试验结果
Ｆｉｇ．７Ｃｏｍｐ
ａｒｉｓｏｎｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ Ｃｕｒｖｅｓ ａｎｄ ＴｅｓｔｅｄＯｎｅｓ ｏｎ Ｌｏａｄ－ｓｔｒａｉｎ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＣＦＲＴ Ｓｐ
ｅｃｉｍｅｎｓＡＢＡＱＵＳ有限元分析，
分析圆端形钢管混凝土轴压短柱在不同宽厚比（Ｂ／Ｄ）下的应力－轴向应变关系，探讨钢管与混凝土的约束作用变化规律。算例中，取ｆｃｕ＝６０ＭＰａ，ｆｓ＝３４５ＭＰａ，ｔ＝４ｍｍ，Ｄ＝２００ｍｍ，分别取圆端形宽厚比（Ｂ／Ｄ）等于１（Ｔ１试件），２（Ｔ２试件）和３（Ｔ
３试件），算例试件Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３长度均为Ｌ＝２
Ｂ。图８为有限元法计算得到的算例试件Ｔ１，Ｔ２和Ｔ３的钢管轴向应力σＬ，ｓ，钢管环向应力σθ，ｓ和混凝土轴向应力σＬ，ｃ与轴向应变εＬ关系曲线，
图８中Ａ
１，Ａ２，Ａ３在试件中部截面的位置见图１。从图８中可以看出：圆端形钢管屈服后，Ａ２和Ａ３处的纵向应力和横向应力相交，而Ａ１处纵向应力和横向应力没有相交，说明端点Ａ３处外包钢管对核心混凝土的约束效应最大，与圆钢管混凝土的约束效应相接近，而Ａ１处钢管对核心混凝土的约束效应最小；随着宽厚比（Ｂ／Ｄ）的增加，钢管对核心混凝土的约束作用减弱，核心混凝土纵向应力的提高程度减缓。
３承载力实用计算公式
圆钢管混凝土是圆端形钢管混凝土的特例，文献［１０］中圆钢管混凝土轴压短柱极限承载力Ｎｕ实
用计算式为
图８
算例试件应力与轴向应变关系的比较
Ｆｉｇ．８Ｃｏｍｐ
ａｒｉｓｏｎｓ Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｓｔｒｅｓｓｅｓ－ａｘｉａｌ ＳｔｒａｉｎＲｅｌａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｅｘａｍｐｌｅ Ｓｐ
ｅｃｉｍｅｎｓＮｕ＝ｆｃＡｃ（１＋１．７Ф）（３
）式中：Ф为套箍指标，Ф＝ｆｓＡｓ／（ｆｃ
Ａｃ）；Ａｓ为钢材截面面积；Ａｃ为混凝土截面面积。
由ＡＢＡＱＵＳ有限元软件计算结果可知，随着圆端形钢管混凝土宽厚比（Ｂ／Ｄ）的增加，外包钢管对核心混凝土的约束作用逐渐减弱，当Ｂ／Ｄ＝４时，２种材料基本单独工作，
因此圆端形钢管混凝土轴压短柱极限承载力Ｎｕ实用计算式可表示为
Ｎｕ＝ｆｃ
Ａｃ（１＋ＫФ）（４）式中：Ｋ为套箍作用系数，其值随宽厚比（Ｂ／Ｄ）而变。
利用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件对圆端形宽厚比（Ｂ／Ｄ）为１～４、钢材强度为Ｑ２３５～Ｑ４２０、混凝土强度为Ｃ３０～Ｃ９０以及含钢率为０．０５～０．２２的圆端形钢管混凝土轴压短柱极限承载力进行分析。为减少计算工作量，分析中取Ｃ３０混凝土与Ｑ２３５和
１
６第１期 谷利雄，等：圆端形钢管混凝土轴压短柱受力性能研究
Ｑ３４５钢管匹配；Ｃ６０混凝土与Ｑ３４５和Ｑ４２０钢管匹配；Ｃ
９０混凝土与Ｑ３４５和Ｑ４２０钢管匹配；取Ｄ＝２００ｍｍ，Ｂ＝２００，４００，６００，８００ｍｍ，
Ｌ＝２Ｂ，ｔ＝２，５，１０ｍｍ，优化后的算例共７２组。分析结果显示，套箍作用系数Ｋ与宽厚比（Ｂ／Ｄ）的关系如图９所示
。
图９套箍作用系数Ｋ与试件宽厚比ＢＤ－１的关系
Ｆｉｇ．９Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ
Ｂｅｔｗｅｅｎ Ｋａｎｄ ＢＤ－１通过拟合，可得
Ｋ＝０．８＋０．９Ｄ／Ｂ（５）将式（５）代入式（４）中，即可得圆端形钢管混凝土轴压短柱极限承载力Ｎｕ计算式为
Ｎｕ＝Ａｃｆｃ［
１＋（０．８＋０．９Ｄ／Ｂ）Φ］（６）上述７２组轴压短柱算例极限承载力有限元计算结果与采用式（６）得到的计算结果（用Ｎ″ｕ表示）比较如图１０所示，２种方法计算得到轴压短柱极限承载力比值的平均值为０．９９４，离散系数为０．０３１。可见，采用式（６）所得计算值与ＡＢＡＱＵＳ有限元计算值较为接近
。
图１０ Ｎ′ｕ，Ｎ″
ｕ计算结果的比较
Ｆｉｇ．１０Ｃｏｍｐ
ａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ Ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ Ｎ′ｕ，Ｎ″
ｕ综合表４可知：１
４个试件的试验结果与Ａ
ＢＡＱＵＳ有限元计算结果比值的均值为１．０３０，离散系数为０．０４４；１４个试件的试验结果与式（６）计算结果比值的均值为１．０３２，离散系数为０．０４０。由此可见，与试验结果相比，２种理论计算结果都偏于安全保守，且ＡＢＡＱＵＳ有限元计算结果比式（６）计算结果略大。
４结语
（１）１０个圆端形钢管混凝土轴压短柱与４个圆
钢管混凝土轴压短柱试件的轴压试验结果表明，在其他条件相同的情况下，圆端形钢管混凝土轴压短柱的极限承载力随钢管壁厚及圆端形宽的增大而增大。
（２
）采用合理的本构关系，应用ＡＢＡＱＵＳ有限元软件及相应的建模方法对圆端形钢管混凝土轴压短柱进行三维实体有限元分析，分析结果表明随着圆端形宽厚比的增加，圆端形钢管混凝土轴压短柱的约束效应减弱，核心混凝土轴向应力的提高程度减缓，计算结果与试验结果较为吻合。
（３
）在ＡＢＡＱＵＳ参数分析基础上，建立了圆端形钢管混凝土轴压短柱极限承载力实用计算公式，
计算结果与试验结果吻合良好。本文研究成果可为圆端形钢管混凝土轴压中长柱和偏压柱的力学性能分析提供理论基础。参考文献：Ｒ
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殯
殯
殯
１５６７－
１５７７．中国公路学会召开七届十次理事长办公会议
２
０１３年１２月１０日上午，胡希捷理事长主持召开了七届十次理事长办公会议。会议审定了２０１３年度中国公路学会科学技术奖评审结果；研究了学会承接政府职能转移工作的有关事宜；通报了学会
２
０１３年度重点工作总结和２０１４年度主要工作计划。（一）关于２０１３年度学会科学技术奖评审结果
会议听取了秘书处关于２０１３年度学会科学技术奖专家评审意见的汇报。会议认为，
多年来我会不断加大对科学技术奖的工作力度，科技奖的影响力和权威性均得到很大提升，在行业中树立了品牌，受理申报项目总数连年增加。科技奖评审委员会在评审过程中严肃认真，严格控制授奖数量，使授奖比例逐年下降，２
０１３年度科技奖授奖比例为３５％左右。会议指出，奖励办公室应从项目立项、申报、评选前的引导入手，提高项目整体科技水平的高度，研究改进科技奖的申报、评选工作。
（二）关于学会承接政府职能转移事宜
会议听取了秘书处关于学会承接政府职能转移工作有关事宜。会议认为，我会就如何贯彻落实好
中央、交通运输部、中国科协的有关精神，切实做好承接政府职能转移工作进行了认真研究和部署，并启动了相关工作，力争这项工作取得新突破，更好地为部主管部门服务，为行业科技进步服务。会议要求，学会秘书处在加强自身建设的同时，应及时研究、指导１３个分会进行自身能力、
素质、制度建设，共同做好政府职能转移承接准备工作。秘书处应向部有关司局积极汇报，积极争取相关职能。
会议指出，学会在科研项目评估、科技成果的评价、技术标准参与制定、科技人才的培养举荐，以及科技奖励等方面，都有学科分布广泛，智力资源密集的独特优势。在加强现有科技奖励、人才举荐职能的情况下，应积极争取标准规范的制定，科技成果的评价，行业内的人、企业、产品的资质认定，结合资质认定开展培训及行业内的各种详细统计指标工作等职能，并适时发布相关行业指数。
（三）关于学会２０１３年重点工作总结和２０１４年主要工作计划
会议听取了秘书处关于学会今年重点工作总结和明年主要工作计划的汇报。会议认为，按照学会提出的“强化学会基础建设，提高学会服务能力”的工作思路，根据以往工作部署，围绕行业发展中心工
作，服务公路交通大局，经过全国公路学会的共同努力，学会２０１３年的各项工作创新发展，
取得了新的进步。会议要求，２
０１４年学会工作计划应进一步细化，突出重点。在学会开展的各类学术活动中，要认真贯彻党和国家相关政策，严格执行中央的“八项规定”，按照有关要求，控制会议和活动规模及规格，努
力提高会议和活动质量。学会秘书处要按照上级部门部署，做好对分会的管理和对地方公路学会的指导。
会议指出，中国公路学会要利用自身影响，组织行业内有关单位加强科技成果转化平台建设；要积极研究学会为企业会员服务的工作，更好发挥学会组织科技引导和示范作用；要积极整合学会及各分会
的资源，规划好重点活动，树立学会品牌；在做好传统科技活动的同时，要关注城市客运、解决城市拥堵、国际物流大通道建设、车联网技术和交通行业安全示范工程建设问题等；要进一步加强和完善学会机构内部控制制度建设，并做好督促检查；要注意吸收各方面人才，发挥专家作用，对行业发展建言献策。
３
６第１期 谷利雄，等：圆端形钢管混凝土轴压短柱受力性能研究
钢管混凝土柱与劲性混凝土柱的优缺点对比 钢管混凝土柱优点 A：钢管混凝土的抗压、抗扭和抗剪性能特别好，承载力高B: 抗震性能优越，延性很好。地震区，可不限制柱轴压比而只控制柱子的长细比 C: 采用高强混凝土时，可有效地防止混凝土的脆性破坏，充分发挥高强混凝土的强度承载力 D: 所用钢板厚度不会超过40~50mm，取材易，价格低，制作和安装方便，且易保证焊接质量 E: 施工方便，地下层可采用逆作法施工，可缩短工期，并节省地下层施工临时支护费用
钢管混凝土柱一般是采用厚型防火隔热涂料，在广州泰堡防火材料有限公司有生产。厚度与耐火时间是10-12mm-----90min , 16-18mm------120min ,20-22mm----150min ,24-26mm-----180min.包工包料的施工价格大概为40----70元/平方，取决于耐火时间。薄涂型的钢结构防火涂料好象还没有能达到3小时的，2.5小时的也不多见，如有需要可联系谢生。 今有一个钢管混凝土柱的高层建筑，需要进行柱的防火保护，耐火极限需要3.0小时，如果采用防火涂料保护，有以下疑问急需解答： 1.该采用什么样的防火涂料产品？比较可靠的有那几家公司？ 2.如果采用厚涂型防火涂料，一般应多厚？如果包括具体施工在内的话，价格如何计算？ 3.采用薄涂型防火涂料可行吗？造价如何？ 最关键的就是大致的费用，希望能找到可靠而且经济的方法。希望有实际经验的朋友给予回复。非常感谢！ 博士生ABC Score: 42 Posts: 40 Posted on 2004-06-04 22:20 关于钢管混凝土的防火，一定要采用新的方法，可大量节约防火造价 （我们的经验是大致在60-70%左右，和柱截面和荷载大小有关系）。 最近韩林海教授出版了《钢管混凝土结构-理论与实践》一书，里面 提到了他们进行的几个高层实例，很有参考价值。武汉国际证券贸易 大厦（目前武汉最高的楼）钢管混凝土防火也要开始做了，听说也是 他们做的计算。 也许你可以和他们课题组联系，看能否有帮助。 gzhtb Score: 46 Posts: 54 Posted on 2004-06-05 14:56 钢管混凝土柱一般是采用厚型防火隔热涂料，在广州泰堡防火材料有 限公司有生产。厚度与耐火时间是10-12mm-----90min , 16-18mm------120min ,20-22mm----150min ,24-26mm-----180min. 包工包料的施工价格大概为40----70元/平方，取决于耐火时间。薄 涂型的钢结构防火涂料好象还没有能达到3小时的，2.5小时的也不
第３１卷 第１期 ２０１４年３月建筑科学与工程学报ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．３１ Ｎｏ．１Ｍａｒ．２０１４文章编号：１６７３‐２０４９（２０１４）０１‐００８３‐０７ 收稿日期：２０１３‐１０‐１１ 基金项目：国家自然科学基金项目（４１２０２１９１）；陕西省自然科学基础研究计划项目（２０１１ＪＭ７００２）； 教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目（２０１１０２０５１３０００１） 作者简介：吴 鹏（１９８８‐），男，甘肃张掖人，工学硕士研究生，Ｅ‐ｍａｉｌ：ｗｕｐｅｎｇ６４１２＠１６３．ｃｏｍ。钢管混凝土轴压短柱界限套箍系数 吴 鹏，赵均海，张常光，朱 倩，李 艳 （长安大学建筑工程学院，陕西西安 ７１００６１） 摘要：基于统一强度理论，借助钢管混凝土轴压短柱极限承载力计算公式的推导，得出了极限状态时钢管和混凝土之间的侧压力，提出了界限套箍系数的概念，并给出界限套箍系数的计算公式，同时分析了不同套箍系数时钢管的三向应力和钢管混凝土短柱的轴压应力‐应变曲线出现不同发展趋势的原因，且理论分析得出的结论与相关文献的试验结果一致，说明分析过程的合理性；最后对影响因素进行了分析，根据分析结果提出了实用建议，并发现相关参考文献的界限套箍系数为该研究结果的特例。 关键词：钢管混凝土；统一强度理论；轴压；套箍系数；应力‐应变曲线 中图分类号：ＴＵ３９８．９ 文献标志码：Ａ ＢｏｕｎｄａｒｙＣａｓｉｎｇＨｏｏｐＣｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｆｏｒＣｏｎｃｒｅｔｅ‐ｆｉｌｌｅｄＳｔｅｅｌＴｕｂｕｌａｒＳｔｕｂＣｏｌｕｍｎｓＵｎｄｅｒＡｘｉａｌＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ＷＵＰｅｎｇ，ＺＨＡＯＪｕｎ‐ｈａｉ，ＺＨＡＮＧＣｈａｎｇ‐ｇｕａｎｇ，ＺＨＵＱｉａｎ，ＬＩＹａｎ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈａｎｇ摧ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ摧ａｎ７１００６１，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｕｎｉｆｉｅｄｓｔｒｅｎｇｔｈｔｈｅｏｒｙ，ａｕｌｔｉｍａｔｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｆｏｒｃｏｎｃｒｅｔｅ‐ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｕｌａｒｓｔｕｂｃｏｌｕｍｎｓｕｎｄｅｒａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｌａｔｅｒａｌｐｒｅｓｓｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｔｅｅｌｔｕｂｅａｎｄｃｏｎｃｒｅｔｅｗａｓｇｉｖｅｎｉｎｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｓｔａｔｅ．Ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔｏｆｌｉｍｉｔｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｍｕｌａｅｏｆｌｉｍｉｔｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗｅｒｅｇｉｖｅｎ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅｌｉｍｉｔｖａｌｕｅｏｆｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｗａｓｄｅｆｉｎｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｔｒｅｎｄｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓａｐｐｅａｒｅｄｉｎａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎｓｔｒｅｓｓ‐ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅ，ａｎｄｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｓｉｍｉｌａｒｔｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｒｅｓｕｌｔｓｉｎｒｅｌｅｖａｎｔｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ，ａｎｄｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙｏｆａｎａｌｙｓｉｓｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｓｔｕｄｉｅｓｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓ，ａｎｄｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｗｅｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｄｕｅｔｏｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓ．Ｉｔｗａｓａｌｓｏｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｌｉｍｉｔｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆｒｅｌｅｖａｎｔｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｗａｓａｓｐｅｃｉａｌｃａｓｅｆｏｒｔｈｉｓｓｔｕｄｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅ‐ｆｉｌｌｅｄｓｔｅｅｌｔｕｂｅ；ｕｎｉｆｉｅｄｓｔｒｅｎｇｔｈｔｈｅｏｒｙ；ａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；ｃａｓｉｎｇｈｏｏｐｃｏ‐ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｓｔｒｅｓｓ‐ｓｔｒａｉｎｃｕｒｖｅ０引 言 钢管混凝土是钢管内填充混凝土形成的构件，它具有承载力大、塑性和韧性好、施工方便等特点［１］，已被广泛应用于工程实际［２］。目前，确定钢管混凝土轴压短柱极限承载力时所遵循的基本概念
钢管混凝土空心柱轴压承载力研究张三１ （1. 西南科技大学土木工程与建筑学院，四川 绵阳621010） [摘 要] 运用统一强度理论，考虑钢管因环向受拉导致纵向应力降低的影响，得出了钢管混凝土空心长、短柱轴压极限承载力的计算公式，并分析了中间主应力等因素对极限承载力的影响规律，极限承载力随着参数b 值的增大而增大。利用本文计算公式所得结果与文献试验结果进行对比，吻合较好，验证了运用统一强度理论进行钢管混凝土空心柱轴压力学性能分析的可行性和正确性。 [关键词] 统一强度理论 钢管混凝土空心柱 轴心受压 承载力 0 引 言 钢管混凝土空心柱由钢管和混凝土内衬组合而成，其截面形式如图1所示。内衬混凝土通常采用离心法浇筑。该种构件除具有普通钢管混凝土承载力高、刚度大、塑性韧性好、抗震性能好等良好的力学性能外，还具有自身的优点：一、自重轻，由于构件中心部分的混凝土是抽空的，因而同实心钢管混凝土构件相比显著地减轻了重量，从而更便于运输和吊装；二、可以预制，该种构件可以进行大批量的工厂生产，减少现场的作业，由于是工厂的标准化生产，因此混凝土的成型质量较好地得到了保证。由于上述优点，该种构件已被广泛地应用到电塔结构中。国内外学者已对其开展了大量的研究工作，日本MIYAKI SATOSH [1-2]等先后报道了离心钢管混凝土短圆管的轴压测试和圆柱体轴向受力的剪切弯曲测试结果，分别给出了其抗压强度和极限抗弯强度的计算公式，0' Shea& Bridge [3]进行了短圆形离心钢管中填以溶剂和高强混凝土的性能试验，蔡绍怀、钟善桐等先后进行了钢管混凝土空心短柱和长柱的试验研究[4-7]。本文拟运用统一强度理论，考虑钢管因环向受拉导致纵向应力降低的影响分析钢管混凝土空心柱的轴压力学性能。 图1 钢管混凝土空心柱截面示意图 1 统一强度理论 统一强度理论是1991年俞茂宏从双剪单元体出发，考虑应力状态的所有应力分量以及它们对材料屈服和破坏的不同影响，建立的一种全新的统一强度理论和一系列新的典型计算准则，它用一个统一的力学模型、简单的统一的数学表达式，可以十分灵活地适用于各种不同特性的材料，其数学表达式为[8]： ()t b b F σσσα σ=+- =+3211 当α ασσσ++≤ 13 12时 (1a) ()t b b F σασσσ=-++= '32111 当α ασσσ++≥1312时 (1b) 2钢管混凝土空心短柱的轴压承载力 2.1钢管混凝土空心短柱的受力和破坏机理 钢管混凝土空心柱中，在受荷初期，由于钢材的泊松比大于混凝土的泊松比，因此钢材的横向变形大
方钢管混凝土轴心受压构件受力性能数值分析摘要:本文以ABAQUS为平台,建立一套分析方钢管混凝土有限元模型。其中核心混凝土采用混凝土损伤塑性模型,钢管采用弹塑性模型。在单轴受压作用下,分析了钢管混凝土力学性能受含钢率的影响规律和受力机理。 关键词:钢管混凝土轴压构件含钢率有限元法 Abstract:This paper presents a finite element model (FEM) for the analysis of concrete filled square steel tubes (CFT) based on ABAQUS. The damage plastic model is used tu describe core concrete and elastic-plasticity model to describe the steel tube.Under the condition of axial compression, the effects of parameters to CFT ’s mechanical performance are studied. The parameters taken in account are steel ratio. Keywords:concrete filled steel tube, axial compression members, steel ratio, the finite element method 钢管混凝土柱具有塑性和韧性良好、稳定承载力高、节点构造简单、连接方便、有良好的抗弯性能、施工进度快等优点,日益受工程界重视,目前在我国应用越来越广泛。传统的试验研究由于具有投资大、周期长、参数变化困难等缺点,已经不能满足工程界的需要[1-3]。ABAQUS是功能强大的非线性有限元软件,可以很容易的为复杂问题建模,并可以全过程分析荷载变形等工程数据。为分析含钢率对钢管
《钢筋混凝土结构基本原理》 一到二章 论述题： 1、为什么钢筋和混凝土能共同工作？ 答：1.二者具有相近的线膨胀系数；2.在混凝土硬化后，二者之间产生了良好的粘结力，包括(?)钢筋与混凝土接触面上的化学吸附作用力(?)混凝土收缩握裹钢筋而产生摩阻力（?）钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的机械咬合作用力;3.混凝土能够很好的保护钢筋不被侵蚀。 2、混凝土的强度等级是怎样划分的？ 答：混凝土强度等级按立方体抗压强度标准值划分为C15、C20、C25、C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80等14个 3、什么是混凝土的徐变？ 答：长期荷载作用下，混凝土的应力保持不变，它的应变随着时间的增长而增大的现象称为混凝土的徐变。 单选题： 4、混凝土规范》规定混凝土强度等级应按（A ）强度标准值确定。 A：立方体抗压 B：圆柱体抗压 C：棱柱体抗压 D：轴心抗压 5、混凝土材料的强度标准值与强度设计值二者关系为(B )。 A：一样大
B：标准值大 C：设计值大 D：不相关 6、 4.结构在正常使用荷载作用下，具有良好的工作性能，称为结构的( B )。 A：安全性 B：适用性 C：耐久性 D：可靠性 7、结构在规定的时间内，在规定的条件下完成预定功能的能力，称为结构的( D )。 A：安全性 B：适用性 C：耐久性 D：可靠性 8、普通房屋和构筑物结构设计使用年限是（ C）。 A：5年 B：25年 C：50年 D：100年及其以上 9、填空题（1——6）： 1、混凝土立方体抗压强度比混凝土柱体抗压强度大。
2、钢筋混凝土结构由很多受力构件组合而成，主要受力构件有楼板、梁、柱墙、基础等。 3、混凝土结构包括素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和其他形式加筋混凝土结构。 4、长期荷载作用下，混凝土的应力保持不变，它的应变随着时间的增长而增大的现象称为混凝土的徐变。 5、在测定混凝土的立方体抗压强度时，我国通常采用的立方体标准试件的尺寸为 150mmx150mmx150mm 。 6、混凝土在凝结过程中，体积会发生变化。在空气中结硬时，体积要缩小；在水中结硬时，则体积膨胀。 第三章 （论述题）： 1、某高层办公楼门厅的钢筋混凝土柱，承受竖向设计值N=3000KN。柱的计算长度为4.2米，根据建筑设计的要求，柱截面的直径不得大于400mm。混凝土的强度等级为C35，纵筋为HRB335，箍筋为热轧HPB235级钢筋。试确定该柱钢筋用量。 2、简述长期荷载作用下的徐变对轴心受压构件的影响。 答：轴心受压构件在保持不变的荷载长期作用下，由于混凝土的徐变影响，其压缩变形将随时间增加而增大，由于混凝土和钢筋共同工作，混凝土的徐变还将使钢筋的变形也随之增大，钢筋的应力相应地增大，从而使钢筋分担外荷载的比例增大。 [单选题]：
高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 摘 要：我国一些高层建筑采用了钢管混凝土柱，取得了较好的技术和经济效果。本文主要综合介绍用于高层建 筑的钢管混凝土柱及其节点的形式，供设计时参考。关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；钢管混凝土柱节点 在高层建筑中使用钢管混凝土柱具有其特殊优 "概述 钢管混凝土是在钢管中填充混凝土，利用钢管 点：用钢管混凝土柱代替普通钢筋混凝土柱，可以使柱截面大大缩小，而且可以提高抗震性能，方便施工等；利用钢管混凝土柱代替钢结构中的钢柱，可以减少用钢量，加强结构刚度；在高层建筑多层地下室的逆作法施工中，它更充当重要的角色。广州市的好世界广场大厦（##层，图!$），新中国大厦（%&层， 图!’），合银大厦（("层，图!)），深圳的赛格广场（*"层，图等大型高层建筑，都以不同的形式采用了钢管混!+） 凝土柱，部分还将之构成内框筒或用于逆作法建造多层地下室，在技术上和经济上均取得很好的效果。 对填心混凝土的套箍作用，使核芯混凝土受纵向压力时处于三向受力状态，从而提高其轴向抗压能力。钢管混凝土结构除强度高外，还有重量轻、延性好、［!］ 耐疲劳和冲击、省料和施工方便等优点。 由于钢管混凝土结构具有上述优点，因此在民用和工业建筑、桥梁和地铁等工程中得到广泛的应用。近年来，随着我国高层建筑的发展，利用钢管混凝土作为其主要承重柱的也逐渐增多。 !
好世界广场大厦" 新中国大厦 图" $合银大厦#赛格广场 采用钢管混凝土柱的高层建筑 高层建筑中使用的钢管混凝土柱主要是圆形截面的，但有时也会采用其他截面型式而形成异型柱。我国对圆形截面钢管混凝土柱已有深入的系统研究［!，"，#］和实践经验，而对异型截面柱的研究则比较少， 的节点形式，为在高层建筑中推广应用钢管混凝土柱提供了更广阔的空间。 本文主要就高层建筑中所采用的钢管混凝土柱及其节点的形式和应用作一扼要的综合介绍。 应用也还不很多。 钢管混凝土柱与楼盖连结的节点，是实际应用中的一个重要部分。当它与钢结构楼盖连结时，构造比较简单，但与钢筋混凝土楼盖连结时则比较复杂，甚至影响了对它的使用，因此不少单位开展了这方面的研究，并已取得了可观的成果，提出了多种多样 我国在改革开放以来，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大， !钢管混凝土柱 !""!年#月第#期容柏生：高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 1@A!""!AB)# 加，柱的轴压力就越大，加上抗震设防的需要，为保证构件的延性，有关规范对钢筋混凝土柱均有控制轴压比（!"!#$"）的要求，同时混凝土的强度等级只做到#$"或再高一些，
钢骨钢管混凝土柱轴压比限值的讨论 摘要提出界限破坏时钢骨-钢管混凝土组合柱轴压比和轴力比限值。 关键词钢管-钢骨混凝土组合柱;界限破坏;轴压比限值 轴压比是影响柱抗震性能和变形能力的重要指标之一。钢骨—钢管混凝土组合柱[1]是把钢管置入型钢混凝土中,使型钢、钢管、混凝土3种材料协同工作以抵抗各种外部效应的一种结构形式。其界限破坏的特征不明显,这是由于在组合柱中,钢骨、钢管腹板在柱界面高度上是连续的,破坏时钢管不可能全部同时屈服,试件并不能立即崩溃,而是逐渐降低其承载力。由于钢骨—钢管混凝土组合柱没有明显的界限破坏状态,且柱中钢管承担一定的轴力,所以钢骨—钢管混凝土组合柱的轴压比根据不同的理解有不同的计算方法。本文提出钢骨—钢管混凝土柱理论计算公式及轴压比限值的合理取值的建议。 1按钢筋混凝土柱轴压比限值的概念进行分析 文献[1]从界限破坏时的平衡条件出发,根据平截面假定,提出了供设计用的轴压比限值的计算公式: (1) 式中:为抗震等级影响系数,一、二和三级分别取0.8、0.9和1.0; ,为柱截面的宽和高;为考虑钢骨腹板的计算厚度,按文献中公式计算;为配钢管率。 2采用控制轴压力限值(即《型钢混凝土柱》[2]轴压比限值)的方法 型钢混凝土柱确定轴压比限值的方法和钢筋混凝土柱确定轴压比限值的方法不同在于考虑了钢骨含量对轴压比的影响。推导轴压比时,为推导公式方便,同样把外包钢骨转化为连续的钢板,利用平截面假定和外包钢的连续化。 轴压力限值的试验值 式中:为界限破坏时轴向压力试验值;为界限破坏时受压混凝土合力的试验值;为界限破坏时钢骨翼缘合力的试验值;为界限破坏时钢骨腹板合力的试验值;为界限破坏时钢管受力的试验值;,分别为混凝土轴心抗压强度试验值和钢管的抗压强度试验值;,分别为柱中混凝土部分和钢管部分的面积。 轴压力限值的设计值 轴压力限值的实用计算公式
摘要：介绍了钢管混凝土结构的特点、研究现状及其工程应用，探讨了钢管混凝土结构研究方向。 关键词：钢管混凝土 近20年来，钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中，随着建筑物高度的增加，钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。 钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。近年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等，其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。 1．钢管混凝土结构的特点 众所周知，混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面： 1.1 承载力高、延性好，抗震性能优越 钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。
6. 由于混凝土具有性能，会使构件的变形增加，在钢筋和混凝土截面中引起现象，在混凝土结构中将使建立的造成损失。
B.每种钢筋根据其受力情况采用各自的强度 C.取各种钢筋强度的平均值 D.取其中最高等级的钢筋强度 8．与强度等级较低的混凝土相比，C50及其以上的混凝土具有如下哪个特点？ A.强度提高，破坏时混凝土表现出明显的脆性 B.强度提高，混凝土塑性性能有所改善 C.强度提高，混凝土塑性性能显著改善 D.抗压强度提高，抗拉强度不提高 9．混凝土中以下何项技术为正确（） A. 水灰比越大徐变越小 B. 水泥用量越多徐变越小 C. 骨料越坚硬徐变越小 D. 构件尺寸越大徐变越大 10．钢筋混凝土轴压短柱由于混凝土的收缩和徐变使得（） A.混凝土应力增大钢筋应力减小 B. 混凝土应力减小钢筋应力增大 C. 混凝土应力增大钢筋应力增大 D. 混凝土应力减小钢筋应力减小 11．对HRB400级钢筋的抗拉强度设计值（N/mm2）应为下列何值？（） A. 400 B. 360 C. 540 D. 380 12．材料强度设计值是（） A.材料强度的平均值乘材料分项系数 B. 材料强度的平均值除以材料分项系数 C. 材料强度的标准值乘材料分项系数 D. 材料强度的标准值除以材料分项系数 13、混凝土双向受力时，何种情况下强度降低。（） A.双向受压 B.双向受拉 C.一拉一压 D.三向受压 14．关于混凝土减小徐变对结构的影响，以下说法正确的是（） A.提早对结构进行加载 B.采用强度等级高的水泥 C.加大水灰比，并选用弹性模量小的骨料 D．减少水泥用量，提高混凝土的密实度和养护密度 15．热轧钢筋应具有的主要力学性能指标为（） A.屈服强度、极限强度、伸长率 B.极限强度、屈服强度、伸长率、冷弯性能 C.极限强度、伸长率、冷弯性能 D.屈服强度、伸长率、冷弯性能 16．变形钢筋于混凝土之间的粘接能力（） A.比光面钢筋略有提高 B.取决于钢筋的强度等级和直径大小 C.主要是钢筋表面突出肋的作用 D.取决于混凝土的强度等级 2.2.2是非题 1．有明显流幅的钢筋的屈服强度对应于其应力-应变曲线的上屈服点。（） 2．对钢筋冷拉可提高其抗拉强度和延性。（） 3．一般情况下，梁上部钢筋的粘结强度高于其下部钢筋。（） 4．用直接拉伸试验和劈裂试验所得到的混凝土抗拉强度值相同。（） 5．当侧向约束压应力不太高时其存在可有效地提高钢筋地粘结强度。（） 6．.混凝土保护层越厚，粘结强度越大。（） 7. 混凝土强度越高，其应力——应变曲线应力峰值越小，下降段越短，延性也越好。（） 2.2.3填空题 1．钢筋的屈服强度对应于其残余应变为时的应力值。 2．用边长为100 mm和200mm混凝土立方体试件所得到的抗压强度值要分别乘以和才能换算为标准立方体抗压强度。 3．当混凝土双向受压时其强度相互当一拉一压时其强度相互。 4．钢筋与混凝土之间的粘结强度与混凝土强度成正比在一定长度范围内与钢筋埋入混凝土里的长度成比。 5. 钢筋与混凝土的粘结力主要由、和组成。
第35卷第1期建 筑 结 构2005年1月 薄壁钢管混凝土长柱轴压性能试验研究 张耀春 许 辉 曹宝珠 (哈尔滨工业大学土木工程学院 150090) [提要] 对8根方形和八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压性能进行了试验研究,柱的长宽比为14～40,管壁板件的宽厚比为67～125。试验结果表明,方形薄壁钢管混凝土长柱的轴压破坏为弯曲屈曲破坏,八边形薄壁钢管混凝土长柱的破坏主要表现为强度破坏,破坏之前钢管均发生了局部屈曲现象。柱子的承载力随着长细比的增加而显著下降。在薄壁钢管混凝土短柱试验结果的基础上,线性回归了方形轴压长柱极限承载力折减系数,在上述长宽比的范围内,公式计算值与试验结果吻合良好。 [关键词] 薄壁钢管混凝土 长柱 轴压 静力性能 承载力 折减系数 局部屈曲 Experimental R esearch on Static B ehavior of Axially Loaded Long Column of Concrete2f illed Thin2w alled Steel Tube Author:Zhang Y aochun,Xu hui,Cao Baozhu(School of Civil Eng.,Harbin Institute of Technology,150090,China) Abstract:Experiments have been carried out to8long columns of concrete2filled thin2walled steel tube under axial load.Their cross2sections are square or octagon.The length2width ratio of the columns is14～40,and the width2 thickness ratio of the tube plates is67～125.The experimental results show that damage mode of the square long columns is flexural buckling failure,and that of the octagon long columns is mainly strength failure.The local buck2 ling occurs in the plates of the steel tube before failure.The ultimate load greatly drops with the increasing of slender2 ness ratio of the column.Based on the experimental results of stub columns of concrete2filled thin2walled steel tube, the ultimate load reduction factor is linearly regressed counting for the effect of slenderness ratio.The calculation re2 sults are basically identical with experimental ones. K eyw ords:long columns;concrete2filled thin2walled steel tube;axial load;reduction factor;local buckling 国内外学者对多边形薄壁钢管混凝土长柱静力性能的研究刚刚起步[123]。由于薄壁钢管混凝土轴压长柱在最终破坏之前管壁均发生了局部屈曲现象,如用理论方法分析其静力性能必须考虑管壁与内填混凝土以及柱子整体稳定与管壁局部稳定之间的相关作用,影响因素多,计算十分复杂。故从实用角度入手,利用有效宽度方法,考虑管壁局部屈曲后的性能,通过线性回归提出了方形长柱极限抗压承载力的算法。 一、试验概况 11试件参数 共进行了5根方形和3根八边形薄壁钢管混凝土长柱的轴压试验,试件的具体参数见表1。 21试件制作 制作方形(八边形)薄壁钢管时,先按要求的长度将薄壁钢管冷弯成2个半方形(半八边形)截面的管柱,然后对焊,其截面如图1所示。在空钢管的一端焊上盖板,兼作浇灌混凝土的底模,另一端盖板等混凝土灌满、养护和打磨平整之后再焊接,盖板和空钢管的几何中心对中。然后在上盖板表面的柱子截面形心处焊上钢榫,保证其与盖板垂直。 浇灌钢管内混凝土时,采用人工浇灌。用5cm直 试件参数表1试件 编号 宽度b (mm) 壁厚t (mm) 柱长L (mm) L0 α (%) ξL0 b b t λ f y (MPa) f ck (MPa) LC4211000183000314431201300311412510819330103513 LC422120110240025443130128721121207314307133513 LC42310011230003162418014103116831310915216122513 LC424100110200021404110129921141007411216172917 LC42515021020002140516014471413754914237102917 LC82180018300031431170115839131005715330103514 LC8229011024002542118011572813904113307133513 LC823801123000316221501214391683135718216123513 注:LC4代表方形截面;LC8代表八边形截面;L为钢管长度;t 为薄壁钢管壁厚;b为薄壁钢管边长;L0为薄壁钢管混凝土长柱的计算长度(柱计算长度L0=L+2h1+2h2,h1为柱端焊接钢盖板厚度,为10～20mm;h2为加荷板厚度,为60mm);λ为构件的长细比(方形截面柱λ=23L0/b,八边形截面柱λ=L0/i,i为截面回转半径);α为含钢率,α=A s/A c;ξ为套箍系数,ξ=αf y/f ck,f ck为混凝土轴心抗压强度标准值;f y为钢材的屈服强度。 径振捣棒振实。 31加载设备及监测方法 试验所有试件都在哈尔滨工业大学力学与结构试验中心的5000kN压力机上进行。为了避免构件发生 82
钢管混凝土结构
钢管混凝土结构 1、前言 钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土，将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构，它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。钢管混凝土作为一种结构构件形式最早在十九世纪八十年代被设计应用做桥墩，然后随着科学技术的提高使它的应用范围得到了很大的扩展。从八十年代末开始，钢管混凝土在我国的土建工程中的应用发展很快。近年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等，其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广泛。 2、钢管混凝土结构的特点 ，混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。 钢管混凝土柱在荷载作用下的应力状态和应力路径是十分复杂的，仅以常用的一种加载方式为例，对其受力、变形特点进行简单剖析。据有关大量实验表明，如图l的一根钢管混凝土短试件在轴向力N作用下钢管和核心混凝土随着
纵向压力的增加两者均产生较大的纵向应力和纵向应变，同时将产生横向变形。横向应变与纵向应变的关系为S S IS 3εμε=，C C C 31εμε=（式中的13,εε分别为纵向、环向应变，μ为材料的泊松比，下标s ，c 分别代表钢管和核心混凝土)。在轴向力N 作用下钢管和核心砼的变形是协调的，即C S 33εε=。钢材的泊松S μ在弹性阶段为一常数(O.283)，进入塑性阶段(应力达屈服点y f 时)增大至0.5而保持不变。而混凝土的横向变形系数C μ则为变数，可以从低应力时的0．17增加到0．5至1．0甚至大于1.0。由上式可见，钢管混凝土在轴心压力N 作用下，开始时C S μμ>， 钢管 混凝土2 图1 试件轴压时的内力状态 故C S 11εε>,但C μ在很快赶上S μ,则S μ=C μ,而C S 11εε=,随后C μ>S μ，S C 11εε>。这说明钢管混凝土在压力N 作用下混凝土向外的横向变形大于钢管向外的横向变形。钢管约束了砼，在钢管与混凝土之间产生了相互作用力P ，称为紧箍力。从而使钢管纵向和径向受压而环向受拉，混凝土则处于三向受压状
广西科技大学2016 - 2017学年第一学期课程考核试题 考核课程钢筋混凝土结构设计原理（A卷）考核班级重修班一 学生数30人印数考核方式闭卷时间120分钟 一、填空题：（每题2分，共20分。） 1．钢筋和混凝土两种材料能够有效地结合在一起而共同工作，主要基于三个条件：钢筋与混凝土之间存在（粘结力）；两种材料的（温度线膨胀系数）很接近；混凝土对钢筋起保护作用。 2.受弯构件通常是指截面上作用（弯矩）和（剪力）的构件。 λ时，常 3.对于无腹筋梁，当3 < <λ时，常发生（剪压）破坏；当1 1< λ时，常发生（斜拉）破坏。 发生（斜压）破坏；当3 > 4.提高受弯构件正截面受弯能力最有效的方法是（增加截面高度）。 5.架立钢筋设置在梁截面的受压区内，其作用是（固定箍筋）并与纵向受拉钢筋形成钢筋骨架。 6.在“受拉破坏”和“受压破坏”之间存在一种界限状态，称为“（界限破坏）”。 7.在钢筋混凝土轴心受压柱中，螺旋钢筋的作用是使截面中间核心部分的混凝土形成约束混凝土，可以提高构件的（承载力）和（抗压强度）。 8.梁截面的有效高度是指（受拉钢筋的合力点至受压区混凝土边缘的距离）。 9.小偏心受压构件的破坏都是由于（混凝土被压碎）而造成的。 10.当梁的腹板高度（hw≥450mm ）时，在梁的两个侧面应沿高度配置纵向构造钢筋，每侧纵向构造钢筋的间距不宜大于（200mm ）。 二、判断题（对的在括号内打“√”，否则打“×”。每小题1.5分，
共15分。） 1．混凝土立方体试块的尺寸越大，强度越高。（×） 2．钢筋经冷拉后，强度和塑性均可提高。（×） 3.轴心受压构件中的箍筋应作成封闭式的。（√） 4.板中的受力钢筋布置在分布钢筋的下面。（√） 5.在截面的受压区配置一定数量的钢筋对于改善梁截面的延性是有作用的。（√） 6.适筋破坏的特征是破坏始自于受拉钢筋的屈服，然后混凝土受压破坏。（√） 7.梁剪弯段区段内，如果剪力的作用比较明显，将会出现弯剪斜裂缝。（×） 8.在集中荷载作用下，连续梁的抗剪承载力略高于相同条件下简支梁的抗剪承载力。（×） 9．小偏心受压破坏的的特点是，混凝土先被压碎，远端钢筋没有受拉屈服。（√） 10．界限破坏时，正截面受弯承载力达到最大值。（√） 三、单选题（请把正确选项的字母代号填入题中括号内，每题2分。共20分） 1．与素混凝土梁相比，适量配筋的钢混凝土梁的承载力和抵抗开裂的能力（ B ）。 A.均提高很多； B.承载力提高很多，抗裂提高不多； C.抗裂提高很多，承载力提高不多； D.均提高不多；
术语 2.1.1 钢管混凝土构件：在钢管内填充混凝土的构件，包括实心和空心钢管混凝土构件，截面可为圆形、矩形、及多边形，简称CFST 构件 2.1.2 钢管混凝土结构：采用钢管混凝土构件作为主要受力构件的结构，简称CFST结构 2.1.3 实心钢管混凝土构件：钢管中填满混凝土构件，简称S-CFST结构 2.1.4 空心钢管混凝土构件：在空钢管中灌入一定量混凝土，采用离心法制成的中空心的钢管混凝土构件，简称H-CFST结构 2.1.5 含钢率：构件界面中钢管面积与混凝土面积之比 2.1.6 空心率：空心钢管混凝土构件截面中空心部分的面积与混凝土加空心部分总面积之比 2.1.7 套箍系数：构件截面中钢管面积、钢材强度设计值乘积与混凝土面积、混凝土强度设计乘积之比 2.1.8 钢管海砂混凝土构件采用海砂混凝土制作的钢管混凝土构件 2.1.9 钢管再生混凝土构件：采用再生骨料混凝土制作的钢管混凝土构件 3 材料 3.1.1 钢材的选定应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017的有关规定 3.1.2 承重结构的圆钢管可采用焊接圆钢管、热轧无缝钢管，不宜选用输送流体用的螺旋焊管。矩形钢管可采用焊接钢管，也可采用冷成形矩形钢管，当采用冷成形矩形钢管时，应符合现行行业标准《建筑结构用冷弯矩形钢管》JG/T 178中I级产品的规定。直接承受动荷载或低温环境下的外露结构，不宜采用冷弯矩形钢管。多边形钢管可采用焊接钢管，也可采用冷成型多边形钢管 3.1.3 钢材的强度设计值f，弹性模量E 和剪变模量G 应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB50017 执行 1 钢材的屈服强度实测值与抗拉强度实测值的比值不应大于0.85 2 钢材应有明显的屈服台阶，且伸长率不应小于20% 3 钢材应有良好的可焊性和合格的冲击韧性 3.2.1 钢管内的混凝土强度等级不应低于C30。混凝土的抗压强度和弹性模量应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010执行；当采用C80 以上高强度混凝土时，应有可靠的依据 3.2.2 实心钢管混凝土构件中可采用海砂混凝土。海砂混凝土的配合比设计、施工和质量验收和验收应符合现行行业标准《海砂混凝土应用技术规范》JGJ206的规定。 3.2.3 钢管混凝土构件中可采用再生骨料混凝土。再生骨料混凝土的搭配比设计、施工、质量验收和验收应符合现行行业标准《再生骨料应用技术规范》JGJ/t 240 的规定 3.2.4 钢管混凝土构件中可采用自密实混凝土。自密实混凝土的配合比设计、施工、质量检验和验收应符合现行行业标准《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T 283 的规定 3.3.1 用于钢管混凝土结构可采用应符合下列规定： 1 手工焊接用的焊条应符合现行国家标准《非合金钢及细晶粒钢焊条》GB/T 5117 和《热强钢焊条》GB/T 5118 的规定。选择的焊条形号应与被焊钢材的力学性能相适应 2 自动或半自动焊接用的焊丝和焊剂应与被焊钢材相适应，并应符合国家现行有关标准的规定 3 二氧化碳气体保护焊接用的焊丝应符合现行国家标准《气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝》GB/T 8110 的规定 4 当两种级别的钢材相焊接时，可采用与强度较低的钢材相适应的焊接材料 3.3.2 焊缝的强度设计值应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017执行 3.3.3 当采用螺栓等紧固件连接钢管混凝土构件时，连接紧固件应符合下列规定： 1 普通螺栓应符合现行国家标准《六角头螺栓C级》GB/T 5780 和《六角头螺栓C级》GB/T 578 2 的规定。可采用4.6级和4.8级的C级螺栓 2 高强度螺栓应符合现行国家标准《钢构件用高强度大六角头螺栓》GB/T 1228、《钢构件用高强度大六角头螺母》GB/T 1229、《钢构件用高强度垫圈》GB/T 1230、《钢构件用高强度大六角头螺栓、大六角头螺母、垫圈技术条件》GB/T 1231 或《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T 3632的规定。当螺栓需要热镀锌防腐时，宜采用6.8级和8.8级C级螺栓 3 普通螺栓连接和高强度螺栓连接的设计应按现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017 执行。 3.3.4 栓钉应符合现行国家标准《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》BG/T 10433 的规定。 4.1 一般规定 4.1.1 钢管混凝土结构可采用框架结构、框架-剪力墙结构、框架-核心筒结构、框架-支撑结构、筒中筒结构、部分框支-剪力墙结构和杠塔结构。
对混凝土轴心受压的认识 曹春贤 建筑工程技术学院建工11-8班[ 摘要]：以混凝土为主要材料制作的结构称为混凝土结构，它包括混凝土结构、钢筋混凝土结构、钢管混凝土结构、型钢混凝土结构和预应力混凝土结构等。钢筋混凝土结构是现代工程中最常见的混凝土结构形式之一。本文通过对混凝土轴心受压构件截面形状、尺寸模数 等方面的基本探讨，从而加深对混凝土轴心受压构件的认识。 [ 关键词]：混凝土轴心受压 1 受压构件的分类 1）.基本概念 轴心受压构件：纵向压力作用线与构建轴线重合的构件称为轴心受压构件，实际工程中，几乎没有真正意义上的轴心受力构件，但设计时，桁架中受拉、受压腹杆等可简化为轴心受力构件计算，如框架结构中的中柱等。 2）受压构件（柱）往往子结构中具有重要作用，一旦产生破坏，往往导致整个结构的损坏，甚至倒塌。 2 受压构件的构造要求 1）材料强度等级：受压构件的承载力主要取决于混凝土强度，采用较高强度等级的混凝土可以减小构件尺寸，节省钢材，因而柱中混凝土一般宜采用较高强度等级，一般不低于C20，但不宜选用高强度钢筋。其原因是受压钢筋要与混凝土一起工作，钢筋应变收到混凝土极限压应变的限制，而混凝土极限压应变很小，所以高强度钢筋受压强度不能充分利用，《混凝土规范》规定受压钢筋的最大抗压强度为400mpa。纵向钢筋一般采用HRB335级和HRB400级热轧钢筋。 2）截面形式和模数尺寸 ①钢筋混凝土受压构件通常采用方形或矩形截面，以便制作模板（一般采用正方形，矩形，圆形和正多边形截面） ②为施工方便，截面尺寸一般不小于250×250㎜;为方便末模板尺寸模数化，800㎜以下的採用50㎜作为模数，800㎜以上的则采用100㎜作为模数，对于工字型截面，腹板厚度不小于100㎜，长细比控制在l/b≤30或l/d≤25（b为矩形截面短边，d为圆形截面直径）之内。 3）纵向受力钢筋 ①设置纵向受力钢筋的作用：协助混凝土承受压力；承受可能的弯矩以及混凝土收缩和温度变形引起的拉应力；防止构件突然的脆性破坏。 ②布置方式：轴心受压柱的纵向受力钢筋应沿截面四周均匀对称布置，并且不少于4根（矩形）或6根（圆形），全部受压钢筋的最小配筋率为0.6﹪，最大不宜大于5﹪，纵筋的间距不小于50㎜。 ③纵向受力钢筋的致敬d不宜小于12㎜，通常采用12~32㎜.一般宜采用根数较少、直径较粗的钢筋，以保证骨架的刚度。 4)箍筋