基于弹性变形理论的钢管混凝土短柱承载力计算理论研究

钢管混凝土短柱轴心受压承载力与钢管作用研究钢管混凝土短柱是在钢管外加固混凝土的基础上，通过受压作用来承担荷载的一种结构形式。

由于钢管的加固作用，钢管混凝土短柱在抗压性能方面具有很大的优势。

本文将对钢管混凝土短柱轴心受压承载力与钢管作用进行研究，探讨其受力机理及相关影响因素。

1.钢管混凝土短柱的受力机理钢管混凝土短柱主要通过钢管受压作用来承担荷载。

钢管的加固作用可以有效提高短柱的抗压性能，避免混凝土的破坏。

在轴向受压荷载作用下，钢管与混凝土发生黏结，并通过黏结面之间的摩擦力来承担荷载。

钢管的强度和刚度决定了短柱的受力性能，而混凝土的主要作用是保护钢管免受腐蚀和提高受力传递的效果。

2.影响钢管混凝土短柱承载力的因素（1）钢管参数：钢管的强度和刚度是影响短柱承载力的重要因素。

强度包括钢管本身的抗压强度以及钢管与混凝土之间的黏结强度。

刚度决定了短柱的整体变形能力和稳定性。

（2）混凝土参数：混凝土的强度、抗裂性能和粘结性能对短柱的承载力具有重要影响。

强度决定了混凝土抵抗荷载的能力，抗裂性能主要影响了混凝土的开裂破坏。

粘结性能决定了钢管与混凝土之间的受力传递效果。

（3）几何参数：短柱的截面形状和尺寸对其受力性能有很大影响。

通常情况下，较大的截面和较小的高度能够提高短柱的承载力。

（4）加载方式：不同的加载方式（如静载、动载等）对短柱的承载力有明显影响。

在实际工程中，通常考虑不同加载方式下短柱的安全系数。

3.钢管作用对钢管混凝土短柱承载力的影响钢管的加固作用对短柱的承载力具有重要影响。

钢管可以提供较高的强度和刚度，有效增强短柱的抗压性能。

此外，钢管还能提高短柱的稳定性和极限承载力。

然而，钢管也会增加柱子的自重，对承载力产生一定的负面影响。

因此，需要综合考虑钢管参数以及其他影响因素来确定最优的钢管尺寸和布置方式，以提高短柱的承载力。

总之，钢管混凝土短柱轴心受压承载力与钢管的作用密切相关。

钢管的加固作用可以有效提高短柱的抗压性能，但也会增加柱子的自重。

第51卷第7期2021年4月上建㊀筑㊀结㊀构Building StructureVol.51No.7Apr.2021DOI :10.19701/j.jzjg.2021.07.006∗国家自然科学基金(51778512),武汉理工大学研究生优秀学位论文培育项目资助(2018-YS -046)㊂作者简介:任志刚,博士,教授,博士生导师,Email:renzg@;通信作者:刘闯,硕士研究生,Email:371087914@㊂圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究∗任志刚,㊀刘㊀闯,㊀王丹丹,㊀魏㊀巍(武汉理工大学土木与建筑学院,武汉430070)[摘要]㊀圆端形钢管混凝土短柱受力机理相较于圆形和矩形截面更加复杂,目前还没有一个定量的表达式用于计算圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力㊂为分析研究圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的承载力性能,进行了8个圆端形钢管混凝土短柱轴压试验和6个圆端形钢管混凝土短柱偏压试验,分别基于双剪切统一强度理论和极限平衡理论推导出相对应的圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算公式,用Python 语言编制基于纤维模型法的承载力计算程序,最后提出了适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压的统一承载力公式,并用试验数据对公式进行验证㊂结果表明:基于双剪切统一强度理论㊁极限平衡理论及纤维模型法推导的三种轴压承载力计算理论公式均具有较好的精度,满足工程要求,DBJ /T 13-51规范所计算的承载力偏小,计算结果精确度最差㊂推导的三种理论公式中基于双剪切统一强度理论推导的承载力计算公式精度最高,更适用于圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力计算㊂最后验证了修正的圆端形钢管混凝土短柱轴压和偏压承载力统一公式的准确性,计算偏压的适用范围为e /R ɤ1.55㊂[关键词]㊀圆端形钢管混凝土;双剪切统一强度理论;极限平衡理论;纤维模型法;极限承载力中图分类号:TU398文献标识码:A文章编号:1002-848X (2021)07-0038-08[引用本文]㊀任志刚,刘闯,王丹丹,等.圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究[J].建筑结构,2021,51(7):38-45,37.REN Zhigang,LIU Chuang,WANG Dandan,et al.Study on calculating method of ultimate bearing capacity of round-ended concrete filled steel tube short columns[J].Building Structure,2021,51(7):38-45,37.Study on calculating method of ultimate bearing capacity ofround-ended concrete filled steel tube short columnsREN Zhigang,LIU Chuang,WANG Dandan,WEI Wei(School of Civil Engineering and Architecture,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China)Abstract :The mechanical behavior of round-ended concrete filled steel tube (RCFST)short column is more complex thanthat of short columns with circular and rectangular sections.At present,there is no quantitative expression for calculatingthe bearing capacity of RCFST short columns under axial and eccentric loads.In order to analyze and study the axial and eccentric load bearing capacity performance of the RCFST short columns,axial compression tests were carried out on 8RCFST short columns and eccentric compression tests were carried out on 6RCFST short columns.Based on the double-shear unified strength theory and the limit equilibrium theory,the corresponding calculation formulas for the axialcompression bearing capacity of RCFST short columns were derived.Python language was used to compile the calculation program of bearing capacity based on fiber model method.Finally,a unified bearing capacity formula suitable for RCFST short columns under axial and eccentric loads was proposed,and the formula was verified by experimental data.The resultsshow that the three theoretical formulas for calculating the axial compression bearing capacity derived based on the double-shear unified strength theory,the limit equilibrium theory and the fiber model method all have good accuracy and meet the engineering requirements.The bearing capacity calculated by the DBJ /T 13-51code is small,and the calculation resulthas the worst accuracy.Among the three theoretical formulas derived,the bearing capacity calculation formula derived based on the double-shear unified strength theory has the highest accuracy,and is more suitable for calculation of the axialcompression bearing capacity of RCFST short columns.Finally,the accuracy of the revised uniform formula for the bearing capacity of RCFST short columns was verified,and the applicable range for calculating the bias was e /R ɤ1.55.Keywords :round-ended concrete filled steel tube;double-shear unified strength theory;limit equilibrium method;fiber model method;ultimate bearing capacity第51卷第7期任志刚,等.圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究0㊀引言圆端形钢管混凝土具有承载力高㊁抗震性能好㊁施工简便等优点,广泛应用于桥梁工程和建筑工程中[1-3]㊂在建筑工程设计中,钢管混凝土的轴压和偏压承载力是一个非常重要的基本设计参数,目前国内外的学者[4-7]已经进行了大量的圆形和方形钢管混凝土柱的力学性能的研究工作㊂传统的矩形和圆形钢管混凝土的承载力计算公式理论研究较为完善,主要有叠加理论㊁统一强度理论[8-10]㊂基于双剪统一强度理论,赵均海等[11-12]提出了圆钢管混凝土轴压承载力计算公式,结果表明双剪统一强度理论较好地适用于钢管混凝土轴压承载力的计算,文献[13]利用极限平衡理论推导圆钢管混凝土承载力,验证了极限平衡理论计算钢管混凝土承载力的可行性和准确性㊂文献[14-17]中进行了圆形和矩形钢管混凝土的偏压试验研究,结果表明矩形等多边形截面可以按照等效的思想转换为圆形进行计算分析㊂但是目前关于圆端形钢管混凝土短柱承载力计算的研究鲜有发表,仅文献[18-19]分别进行了17根和10根圆端形钢管混凝土短柱轴压试验研究,只推荐了矩形钢管混凝土轴压短柱的设计公式,来计算圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力,由于忽略了圆端形端部较强的约束作用,计算结果与试验有较大偏差㊂为推导出适用于圆端形钢管混凝土短柱的轴压试验和偏压承载力计算公式,本文进行了8个圆端形钢管混凝土短柱轴压和6个圆端形钢管混凝土短柱偏压试验,得到各构件承载力试验值,并分别基于双剪切统一强度理论㊁极限平衡理论和纤维模型法推导出三种不同的适用于圆端形钢管混凝土短柱的轴压和偏压承载力计算公式,对比已有文献试验数据和文中试验数据验证承载力计算公式的准确性㊂1㊀试验概况1.1试验构件和材料本文总共制作了14个圆端形钢管混凝土短柱试件,其中8个为轴压试件,6个偏压试件㊂试验的控制变量主要有高宽比B/D㊁钢管厚度t㊁钢材的单轴抗拉屈服强度f y㊁偏心距e,混凝土立方体抗压强度f cu及试验测得试件极限承载力N ue㊂试件详细参数如表1所示㊂表1中,试件C1~C8为轴压试件,偏心距e= 0mm㊂试件E1~E6为偏压试件,偏心距共设置有20,25,30,40mm四种,偏压具体加载位置见图1㊂试验所用混凝土为标准C40商品混凝土,共制作6个边长150mm的标准立方体混凝土试块,与试件同等条件下养护,28d后实测混凝土立方体抗压强度f cu,钢材按照金属拉伸试验规范进行拉伸试验,测得试验所用钢材屈服强度f y㊂试件基本参数表1试件编号B/mmD/mm t/mm L/mm e/mm f cu/MPa f y/MPa N ue/kN C11941534573031254.31339 C22371534711031254.31444 C32971564900031254.31755 C41981506571040289.81825 C52371526712040289.82125 C63031606901040289.82319 C72171584675040254.31623 C82191606677040289.81954 E1225150467520403181478 E2225150467540403181253 E32251504120020403181495 E42251504120040403181215 E5300150492025302861638 E63751504116030302861732㊀㊀注:L为试件竖向实测高度㊂图1㊀试验装置1.2试验方法及结果试验在500t电液伺服压力试验机上进行,轴向荷载通过压力试验机直接施加,试验数据通过计算93建㊀筑㊀结㊀构2021年机自动采集系统进行采集㊂偏压试验时试件上下端部均设置有定制的圆柱铰支座㊂正式加载前先进行2~3次预加载,加载值设定为计算承载力的20%,正式加载时设置为位移加载,加载速率为0.02mm /s㊂当出现以下情况时停止加载:1)剩余承载力不足极限承载的50%;2)焊缝开裂;3)轴向变形量达到了4%㊂图1(a)为轴压试验装置布置示意图,进行试件轴压试验时,不需要圆柱铰支座,按图示布置好机电百分表和应变片后,试件位置对中即可开始正式加载试验㊂图1(b)为偏压试验装置图,上下端板处均放置预制的圆柱铰支座,按照不同的偏心距将圆柱铰支座的柱中心对准图1(a)中的偏压加载线,准确定位后即可松开固定螺丝,准备开始预加载㊂预加载前先检查各仪器读数是否正常,确认无误后即可开始正式加载试验㊂试验测得14个试验试件的极限承载力数值如表1所示㊂2㊀圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力理论研究2.1双剪切统一强度理论基于双剪切统一强度理论,同时考虑了第二主应力σ2的影响,俞茂宏[8]提出了一种新的双剪切统一强度理论能适用于各种不同的材料㊂其数学表达式为:F =σ1-α1+a (aσ2+σ3)=σs㊀σ2ɤσ1+ασ31+α()F =11+a (σ1+aσ2)-σ3㊀㊀㊀σ2>σ1+ασ31+α()ìîíïïïï(1)式中:α为材料的拉压比,α=σsσc,其中,σs 为材料的受拉屈服应力,σc 为压缩屈服应力;a 为与中间主切应力相关的系数,a =2τs -σsσs -τs ,其中τs 为剪切屈服应力;F 为主应力强度理论函数;σ1,σ2,σ3分别为第一主应力㊁第二主应力㊁第三主应力,并且σ1ȡσ2ȡσ3㊂2.1.1约束效应分析现有试验表明,由于圆端形钢管对核心混凝土的约束不均匀,所以其两端半圆区约束较强,中部平直段约束较弱,圆端形钢管对核心混凝土的约束效应介于矩形和圆形钢管混凝土之间[18-19]㊂本文对圆端形截面进行强弱约束分区,并引入核心混凝土有效约束系数k 0,按照截面面积及含钢率等效的原则将圆端形钢管混凝土柱转化为截面面积及含钢率不变的圆形钢管混凝土柱,从而将不均匀的应力等效为均匀应力,再通过双剪切统一强度理论对钢管和混凝土的受力情况进行分析,最终推导得到圆端形钢管混凝土短柱的轴压承载力理论公式㊂如图2所示,对圆端形截面进行强弱约束分区,切分为强约束区(阴影部分)和弱约束区(非阴影部分),分界线为抛物线,抛物线的切角θ采用Varma [9]的建议,取值为:tan θ=6(1-m )tf s (B -D )2(2)式中:m 为约束均匀系数,由于圆端形截面的约束效应介于圆形和矩形之间,所以本文按矩形截面来选取,m =0.4;f s 为钢管的环向应力㊂图2㊀圆端形截面强约束区与弱约束区当试件达到极限承载力状态时,钢管达到屈服强度,此时,f s =f y ,f y 为钢材的单轴抗拉屈服强度,故式(2)可演变为:tan θ=3.6tf y(B -D )2(3)㊀㊀定义图2中强约束区的混凝土面积为A k ,弱约束区的混凝土面积为A f ,混凝土总面积A c =(B -D )(D -2t )+π(D /2-t )2,则计算可得:A f =2㊃0.4(B -D )[]2tan θ3(4)A k =A c -A f (5)㊀㊀定义反映钢管对混凝土的约束效应系数k 0=A k /A c ,得:k 0=A k A c=1-A fA c =1-0.32(B -D )2tan θ3(B -D )(D -2t )+πD 2-t ()2éëêêùûúú(6)2.1.2公式推导参考箍筋约束混凝土的等效侧向约束应力的计算方法,定义圆端形钢管的两端半圆区和中间平直段的等效侧向约束应力分别为f s1,f s2,钢管受力分4第51卷第7期任志刚,等.圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究图3㊀钢管受力分析析如图3所示㊂根据力学平衡条件可得:f c1=k 02f s1tD -2t (7)f c2=k 02f s2t B -2t(8)㊀㊀按照截面面积和含钢率不变的等效原则,将圆端形钢管混凝土截面等效为圆形钢管混凝土截面来进行均匀侧应力的分析,侧应力σu 表达式为:σu =t (f c1+f c2)R +r (9)式中:r 为等效圆形钢管混凝土中混凝土截面的半径;R 为等效圆形钢管混凝土整体截面的半径㊂f c1,f c2取绝对值,等效侧应力取圆端形钢管混凝土试件平直长边和两端半圆边侧压力的平均值,按照截面面积及含钢率不变的等效原则,可得:πr 2=(B -D )(D -2t )+πD 2-t ()2;πR 2=(B -D )D +πD2()2㊂将R =㊀(B -D )D +πD2()2π;r =㊀(B -D )(D -2t )+πD2-t ()2π代入式(9)中,可得:σu =t (k 02f s1tD -2t+k 02f s2tB -2t)(B -D )D +πD2()2π+(B -D )(D -2t )+πD 2-t ()2π(10)㊀㊀等效圆形钢管混凝土核心混凝土受到均匀三向应力,0>σ1=σ2>σ3,取σ1=σ2=σu ,由双剪切统一强度理论可得[8]:σ3=f c +kσ1(11)式中:f c 为核心混凝土单轴抗压强度;k 为参数,k =(1+sin φ)/(1-sin φ),其中φ为混凝土的内摩擦角,由试验测得㊂考虑圆形钢管混凝土截面相较于圆端形截面的约束较强,在式(11)中引入折减系数γu =1.67D r -0.112,D r 为等效圆形钢管混凝土截面的外直径R ,经折减后的σ3计算公式为:σ3=f c +γu kσu (12)㊀㊀将式(10)代入式(12),推导得到的核心混凝土抗压强度σ3表达式为:σ3=f c +γu ktk 02f s1tD -2t+k 02f s2tB -2t()(B -D )D +πD2()2π+(B -D )(D -2t )+πD 2-t ()2π(13)㊀㊀在轴压荷载下,试件无扭转,所以根据弯矩平衡条件,建立的公式为:f c1=B 2D2f c2(14)㊀㊀由式(7),(8)可知,钢管侧向应力f s1>f s2,所以本文中假设试件破坏时,钢管达到屈服强度,即f s1=f y ㊂将式(7),(8)代入式(14),得:f s2=B -2t D -2t ()D 2B 2fy(15)㊀㊀由叠加理论,可得圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力N u 为:N u =A c σ3+A s f y (16)㊀㊀将式(13)代入式(16),取k =3,化简得:N u =A s f y +A c f c +5R -1.112k 0t 2B 2+D 2B 2D ()f y éëêêùûúú(17)2.2极限平衡理论极限平衡理论是在已知结构的变形方式和屈服条件下,不考虑材料的本构关系和加载过程,直接根据结构在极限状态下的平衡条件计算出极限承载力㊂钢管混凝土中的混凝土不符合流动性法则,属于假塑性元件,因此采用静力法计算㊂2.2.1基本假定1)假定结构发生微小变形,在静力计算时可不考虑尺寸变化的影响;2)径向应力的影响忽略不计,假定钢材和混凝土的极限条件稳定,钢材按照von Mises 应力屈服准则;3)等效后的圆端形钢管混14建㊀筑㊀结㊀构2021年凝土处于均匀侧压力状态㊂2.2.2公式推导考虑圆端形截面钢管在平直段和半圆区的约束强弱不同,本次推导共有7个未知量(图4),分别为钢管平直段f s1㊁半圆区环向应力f s2㊁轴向荷载N u ㊁混凝土的纵向应力σc1㊁钢管平直段纵向应力σs1㊁半圆区纵向应力σs2以及混凝土外侧的侧压力P ㊂图4㊀核心混凝土与钢管半截面受力计算简图在轴压荷载下,根据轴向静力平衡条件建立方程为:N u =A c f cc +A s1σs1+A s2σs2(18)式中:N u 为试件轴压承载力;A c 为核心混凝土面积;f cc 为核心混凝土轴压强度,取式(13)中计算值f cc =σ3;A s1,A s2分别为钢管平直段和半圆区的钢管截面面积;σs1,σs2分别为钢管平直段和半圆区的纵向应力㊂N u =(B -D )(D -2t )+πD 2-t ()2éëêêùûúúf c +(2.5γu σu )+2(B -D )tσs1+π(D -t )t []σs2(19)㊀㊀将侧应力等效为均匀侧应力,根据式(9)可得到:P =σu =t f c1+f c2()R +r(20)㊀㊀将式(7),(8)代入式(20),得:P =tk 02f s1tD -2t+k 02f s2tB -2t()R +r(21)㊀㊀将式(15)代入式(21)中,解得:f s1=B 2B 2+D 3-2Dt ㊃(r +R )P2t 2k 0(22)㊀㊀钢管达到屈服状态时,按照von Mises 应力屈服准则,可得到:σs12+σs1f s1+f s12=f y 2(23)㊀㊀解得:σs1=f y 2-34f s12-12f s1(24)㊀㊀令B 2B 2+D 3-2Dt ㊃(r +R )2t 2k 0=K ,所以f s1=KP ,代入式(24)中,得:σs1=f y 2-34(KP )2-12KP (25)㊀㊀令σs1=k 0σs2,即可得:σs2=k 0f y 2-34(KP )2-k 02KP (26)㊀㊀将式(13),(25),(26)代入式(18),得到承载力计算公式为:N u =A c f c +2.5γut k 02KPtD -2t +k 02D 2KPt (D -2t )B 2()(B -D )D +πD2()2π+(B -D )(D -2t )+πD2-t ()2πæèççççççöø÷÷÷÷÷÷+A s1f y 2-34(KP )2-12KP ()+A s2k 0f y 2-34(KP )2-12KP ()(27)㊀㊀由式(27)可知,N u 为关于P 的函数,根据极值条件:∂N u ∂P=0,对式(27)求偏导,得到P 为:P =G 2f y 234G 2K2+1(28)式中K ,G 为简化计算而定义的参数,均为与B ,D ,t 相关的变量,反映了截面的几何特性㊂K ,G 的表达式为:K =B 2B 2+D 3-2Dt ㊃(r +R )2t 2k 0G =45A c γu Kt 2k 0(B 2+1)W (D -2t )B 2H -0.5K éëêêùûúú3K 2H =A s1+A s2k 0W =(B -D )D +πD2()2π+(B -D )(D -2t )+πD 2-t ()2π㊀㊀将式(28)代入式(27)中,得N u 的表达式为:24第51卷第7期任志刚,等.圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究N u =A c G㊀G 2f y 234G 2K 2+1+H㊀1-3K 4G 43+4G 2K 2-12KG ㊀4G 2K 23+4G 2K 2()f y(29)2.3纤维模型法这种方法的主要思路为:基于平截面假定,忽略剪切变形和相对滑移,将试件沿纵向离散成若干纤维,并且假设这些纤维单元均处于简单的单轴应力-应变状态,从而将三向应力-应变简化为单轴应力-应变关系㊂本文基于Python 语言编制程序进行纤维模型法的计算㊂2.3.1基本假定1)不考虑剪切变形,假定钢管和混凝土之间不发生相对滑移;2)不考虑钢管屈曲变形的影响;3)只考虑钢材和混凝土纵向内外力的影响,建立相应的平衡方程㊂2.3.2平衡方程轴向力平衡方程:N =N s +N c 变形协调方程:εs =εc式中:N s ,εs 分别为钢管的轴向承载力和纵向应变;N c ,εc 分别为核心混凝土的轴向承载力和纵向应变㊂2.3.3材料本构关系(1)钢管本构钢材采用理想弹塑性本构关系模型,即当钢管所受应力小于屈服强度时,钢管处于弹性状态,超过屈服强度时,钢管进入塑性阶段但强度保持不变㊂钢管的弹性模量E s =2.06ˑ10-6MPa,泊松比μs =0.3㊂(2)核心混凝土本构核心混凝土采用韩林海[1]所提本构关系,具体表达式如下:y =2x -x 2㊀㊀㊀㊀(x ɤ1)xβ0(x -1)η+x ㊀(x >1)ìîíïïï(30)其中:x =εε0;y =σσ0;σ0=f c ᶄ;f c ᶄ=0.8f cu ;ε0=εc +800ξ0.2㊃10-6;εc =(1300+12.5f c ᶄ)㊃10-6;η=2;ξ=A s f yA c f cu;β0=(2.36ˑ10-5)[0.25+(ξ-0.5)7]㊃(f c ᶄ)0.5㊃0.5;A s =(B -D )t ㊃2+3.14㊃D 2+t ()2-D 2()2éëêêùûúú;A c =(B -D )D +3.14㊃D 2()2式中:f cu 为混凝土立方体抗压强度;ξ为约束效应系数;A s 为钢管横截面面积;A c 为混凝土截面面积㊂本文研究团队基于Python 语言,编制了圆端形钢管混凝土纤维模型法承载力计算程序,计算界面如图5所示,编程时材料本构关系按文中所述进行输入,最后分别得到核心混凝土㊁钢管以及钢管混凝土组合试件的荷载-应变曲线,利用所编承载力计算程序计算相应试件的轴压承载力㊂图5㊀纤维模型法软件计算程序界面3㊀轴压承载力试验验证应用推导出的三种圆端形钢管混凝土轴压承载力公式,对文献[18-19]中的圆端形钢管混凝土轴压试验试件及本文的8个试件进行承载力计算,所得计算结果与试验结果如表2所示㊂RCFST 与CFRT均表示圆端形钢管混凝土试件,由表2和图6可知,基于双剪切统一强度理论推导的轴压承载力公式计算可靠性最高,而基于极限平衡理论推导的公式偏于安全,原因在于极限平衡理论的基本假设是没有发生整体屈曲,而圆端形钢管混凝土短柱轴压会发生不可忽略的屈曲破坏,所以导致基于极限平衡理论推导的承载力公式计算结果与试验值吻合较差㊂采用纤维模型法计算承载力也能获得较高的精度,‘钢管混凝土结构技术规程“(DBJ /T13-51)(简称DBJ /T13-51规程)所计算的承载力偏小,计算结果精确度最差㊂34建㊀筑㊀结㊀构2021年轴压试验结果与计算结果对比表2试件编号数据来源试验值双剪切统一强度理论极限平衡理论纤维模型法DBJ /T13-51规范N ue /kN N 1/kN N 1/N ueN 2/kN N 2/N ueN 3/kN N 3/N ueN 4/kN N 4/N ueRCFST-1RCFST-2RCFST-3RCFST-4RCFST-5文献[18]9259691.04829030.97629341.0097900.11750.9731121513021.071612501.028812631.03951218.1591.002616351942 1.18781910 1.16821893 1.15001830.0561.1193165815930.960815840.955415560.94001500.1580.9048209121331.020121691.037320931.00092020.1150.9661CFRT1-A CFRT1-B CFRT2-A CFRT2-B CFRT3-A CFRT3-B CFRT4-A CFRT4-B CFRT5-A CFRT5-B 文献[19]342931380.915131460.91753115.60.90863125.8760.9116333831410.941031500.94373117.70.93403127.7060.9370416236690.881536140.868336020.86543581.4010.8605416836420.873835700.856535750.85773555.7210.8531392936850.937937670.958836550.93033688.5450.9388415842951.032937620.904836580.87973690.2250.8875449242760.951941450.922842050.93614191.0360.933553055821.009447940.866955110.99664157.4540.7518562058281.037052210.929057931.03084249.8440.7562550059201.076453120.965858891.07074318.050.7851C1C2C3C4C5C6C7C8本文试验133912590.940312070.901411960.893211540.8618144414581.009713750.952214461.001412950.8968175518291.042217540.999418171.035315510.8838182517410.954016750.917818140.994017070.9353212520550.967119520.918621511.012219420.9139231925021.078925451.097525781.111726641.1488162315440.951315310.943315620.962414540.8959195420551.051717970.919720561.052218450.9442平均值0.98890.95860.98320.9157方差0.00530.00510.00600.0088图6㊀轴压试验结果与计算结果的比值的散点图4㊀圆端形钢管混凝土短柱偏压承载力计算公式考虑偏心率对承载力的影响,蔡绍怀[2]引入承载力折减系数φe ,提出了圆形钢管混凝土短柱偏压承载力计算公式㊂本文按照等效思想将圆端形截面等效为圆截面计算,同时考虑圆形钢管的约束效应强于圆端形截面的约束效应,所以同时引入截面形状对承载力的折减系数γu ,最后推导出的圆端形钢管混凝土短柱的偏压承载力经验公式为:N p =φe N u (31)φe =11+1.85e R ()(e /R ɤ1.55)0.4e /R (e /R >1.55)ìîíïïïïïï式中:N p 为圆端形钢管混凝土短柱偏压极限承载力;N u 为本文前面推导的基于双剪切统一强度理论承载力计算公式,其计算精度最高;e 为偏压加载的偏心距;φe 为偏心率对承载力的折减系数㊂本文试验及偏压试件一般正常使用范围为e /R ɤ1.55,故只计算e /R ɤ1.55的情况,只对这一部分修正,对试验数据回归分析得到:φe =11+1.65eR()(e /R ɤ1.55)㊀㊀当偏心距为0时,φe =1,N p =N u ,故该式同时适用于轴压和偏压承载力计算㊂公式适用范围:B /D =1.5~3,f cu =30~50MPa,f y =235~345MPa㊂用本文修正后的轴压偏压承载力统一公式进行试件偏压44第51卷第7期任志刚,等.圆端形钢管混凝土短柱极限承载力计算方法研究承载力的计算,计算结果如表3所示㊂偏压试验的试验结果与计算结果对比表3试件编号数据来源试验值双剪切统一强度理论N ue /kN N 1/kN N 1/N ue E1E2E3E4E5E6本文试验147814951.0120125312020.9595149514961.0005121512020.9895163815750.9617173218371.0608平均值0.9973方差0.0014㊀㊀由表3可知,采用本文推导的圆端形钢管混凝土轴压偏压承载力统一公式进行试件的偏压承载力计算,计算结果与试验结果的比值平均值达到0.9973,方差为0.0014,吻合结果良好㊂图7为文献[18-19]及本文试验试件承载力数据与计算值对比,其中三条直线代表计算值与试验值的误差线㊂采用本文推荐的圆端形钢管混凝土短柱轴压偏压承载力统一公式计算轴压和偏压试件承载力时均具有较高的精度,验证了公式的准确性,由于圆端形钢管混凝土试验数据不足,未进行计算公式的可靠性验证,有待进一步研究㊂图7㊀轴压和偏压试验值与计算值对比5㊀结论(1)本文对8个轴压短柱试件和6个偏压短柱试件进行试验,考虑了圆端形钢管混凝土试件高宽比,钢管厚度,混凝土强度等参数的影响㊂通过理论分析推导得到与控制参数相关的圆端形钢管混凝土短柱轴压偏压承载力统一计算公式,与试验结果吻合较好㊂(2)基于双剪切统一强度理论㊁极限平衡理论及纤维模型法推导的三种承载力计算理论公式均具有较好的精度,满足工程要求㊂其中基于双剪切统一强度理论推导的承载力计算公式计算结果与试验值吻合最好,能更准确地计算圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力㊂极限平衡理论计算精度较差㊂(3)推导的圆端形钢管混凝土轴压偏压承载力统一公式进行试件偏压承载力计算,计算结果与试验结果的比值平均值达到0.9973,方差为0.0014,吻合结果良好,验证了公式的合理性㊂公式适用范围为:B /D =1.5~3,f cu =30~50MPa,f y =235~345MPa㊂用轴压偏压承载力统一公式进行偏压计算时,计算偏压的适用范围为e /R ɤ1.55㊂参考文献[1]韩林海.钢管混凝土结构-理论与实践[M].3版.北京:科学出版社,2016.[2]蔡绍怀.现代钢管混凝土结构[M].2版.北京:人民交通出版社,2007.[3]韩林海,陶忠.方钢管混凝土轴压力学性能的理论分析与试验研究[J].土木工程学报,2001,34(2):17-25.[4]DING F X,FU L,YU Z W.Behaviors of axially loadedsquare concrete-filled steel tube (CFST)stub columnswith notch in steel tube [J ].Thin-Walled Structures,2017,115:196-204.[5]CHANG X,FU L,ZHAO H B,et al.Behaviors of axiallyloaded circular concrete-filled steel tube (CFT )stub columns with notch in steel tubes [J ].Thin-Walled Structures,2013,73(4):273-280.[6]HAN L H,LI W,BJORHOVDE R.Developments andadvanced applications of concrete-filled steel tubular(CFST )structures:Members [J ].JournalofConstructional Steel Research,2014,100:211-228.[7]YU M,ZHA X X,YE J Q,et al.A unified formulation forcircle and polygon concrete-filled steel tube columnsunder axial compression [J ].Engineering Structures,2013,49:1-10.[8]俞茂宏.强度理论新体系:理论㊁发展和应用[M].2版.西安:西安交通大学出版社,2011.[9]VARMA A H,SAUSE R,RICLES J M,et al.Developmentand validation of fiber model for high-strength square concrete-filled steel tube beam-columns [J ].ACI Structural Journal,2005,102(1):73-84.[10]SAKINO K,NAKAHARA H,MORINO S,et al.Behaviorof centrally loaded concrete-filled steel-tube short 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ofConstructional Steel Research,1993,27(3):107-122.[2]杨婧,赵宪忠,陈以一.半组合结构的应用与研究现状[C]//2007年全国轻型钢结构技术研讨会.上海,2007.[3]武志勇.焊接H 型钢部分包裹混凝土组合短柱偏心受力性能研究[D].包头:内蒙古科技大学,2009.[4]李炜,陈以一.不同系杆形式的部分组合钢-混凝土受弯构件试验研究[J].建筑钢结构进展,2015,17(3):1-6.[5]ASSI I M,ABED S M,HUNAITI Y M.Flexural strengthof composite beams partially encased in lightweightconcrete[J].Pakistan Journal of Applied Sciences,2002,2(3):320-323.[6]TREMBLAYROBERT,CHICOINETHIERRY,MASSICOTTE BRUNO.Design equation for the axialcapacity of partially encased non-compact columns[C]//Proceedings of the Fourth International Conference on CompositeConstructioninSteelandConcrete.Washington,D.C.:ASCE,2000.[7]高志军.H 型钢部分外包混凝土组合短柱受力性能研究[D].包头:内蒙古科技大学,2007.[8]Eurocode 4:Design of composite steel and concretestructures,part 1-1:general rules and rules forbuildings:EN 1994-1-1[S ].Brussels:EuropeanCommittee for Standardization,2004.[9]CHEN YIYI,LI WEI,FANG CHENG.Performance ofpartially encased composite beams under static and cyclic bending[J].Structures,2017,9:29-40.(上接第45页)[13]卢进,秦鹏.界面缺陷钢管混凝土轴压极限承载力理论推导[J].铁道科学与工程学报,2018,15(9):2316-2326.[14]徐礼华,许明耀,周鹏华,等.钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压性能试验研究[J].工程力学,2017,34(7):166-176.[15]郭全全,李芊,章沛瑶,等.钢管混凝土叠合柱偏心受压承载力的计算方法[J].土木工程学报,2014,47(5):56-63.[16]李四平,霍达,王菁,等.偏心受压方钢管混凝土柱极限承载力的计算[J].建筑结构学报,1998(1):41-51.[17]WANG J F,SHEN Q H,WANG F Q,et al.Experimentaland analytical studies on CFRP strengthened circular thin-walled CFST stub columns under eccentric compression [J].Thin-Walled Structures,2018,127:102-119.[18]王志滨,陈靖,谢恩普,等.圆端形钢管混凝土柱轴压性能研究[J].建筑结构学报,2014,35(7):123-130.[19]谷利雄,丁发兴,付磊,等.圆端形钢管混凝土轴压短柱受力性能研究[J].中国公路学报,2014,27(1):57-63.73。

钢骨-方钢管混凝土组合短柱偏压承载力研究摘要：采用在小偏心范围内基于钢筋混凝土构件的极限状态设计法对钢骨-方钢管混凝土组合短柱的偏压承载力计算公式进行推导，探讨了钢骨、方钢管和混凝土三者变形协调下的偏压承载力，确定该类组合柱的计算假定，明确中和轴位置的选取，并随之推导出偏压承载力计算公式。

由于钢骨、方钢管和混凝土三者之间变形协调，相互作用，可以有效的提高柱子的承载能力，为促进其在工程实践中的应用提供了理论依据。

关键词：组合柱，方钢管混凝土，偏压承载力，极限状态设计法1 引言为了更好地适应当代工程结构向大跨、高耸、重载方向发展和工业化生产施工的需要，钢骨-方钢管混凝土组合柱作为一种重载柱将在我国的国民建设和发展中扮演着重要的角色[1,2]。

目前，已有学者对该类组合构件进行了试验和理论方面的研究[3-6]，但对于钢骨-方钢管混凝土偏心受压承载力研究未见报道。

因此，笔者将采用基于钢筋混凝土构件的极限状态设计法对钢骨-方钢管混凝土组合短柱在小偏心范围内的偏压承载力公式进行推导，给出小偏心情况下该组合住的承载力计算公式。

2 极限状态设计法2.1 计算假定在小偏心范围内，钢骨-方钢管混凝土组合柱偏心受压承载力按下列基本假定进行计算[7-9]：①构件变形后截面平均应变符合平截面假定；②不考虑混凝土的抗拉强度；③受压区混凝土的应力图简化为等效的矩形应力图，其高度取按平截面假定所确定的受压区高度乘以系数0.8，相应的最大压应力取为混凝土轴心抗压强度fc；考虑钢骨截面的影响，压区混凝土的面积乘以0.9的折减系数，同时考虑方钢管对混凝土的约束作用，压区混凝土的强度再乘以1.2的增大系数。

④方钢管和钢骨的应力图形按全塑性假定简化为拉压区图形（如图1所示），这样的简化与钢材的实际应力图形较为吻合。

即在小偏心范围内，弯矩作用在一个主平面内的钢骨-方钢管混凝土组合柱偏心受压构件，假定方钢管混凝土压弯构件破坏时，方钢管受压区截面部分屈服，受拉边未屈服，且整个截面没有发生局部屈曲；钢骨部分整个截面受压，部分屈服，部分未屈服。

2023钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后剩余承载力分析及试验研究•研究背景和意义•文献综述•试验设计目录•有限元分析•剩余承载力计算方法•结论与展望•参考文献01研究背景和意义钢管高强混凝土作为一种新型的组合结构形式，具有较高的承载力和良好的抗震性能，在建筑工程中得到广泛应用。

然而，火灾后钢管高强混凝土的力学性能会受到不同程度的影响，对其剩余承载力进行分析和试验研究具有重要的现实意义。

01分析钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后的剩余承载力，有助于了解其火灾后的力学性能变化规律。

02通过试验研究，可以获得火灾后钢管高强混凝土轴心受压短柱的承载力数据，为工程应用提供参考依据。

03对钢管高强混凝土的火灾后性能进行深入研究，有助于提高建筑结构的整体安全性和稳定性，对于保障人民生命财产安全具有重要意义。

02文献综述国内研究国内学者对于钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后剩余承载力的研究主要集中在理论模型建立、数值模拟分析以及试验研究等方面。

其中，具有代表性的研究有：哈尔滨工业大学的学者进行了钢管高强混凝土短柱的火灾试验，探讨了高温后混凝土的力学性能和承载力的变化规律；重庆大学的学者建立了数值模型，分析了高温后钢管高强混凝土短柱的力学性能，并提出了相应的计算公式。

国外研究国外学者对于钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后剩余承载力的研究主要集中在试验研究和有限元分析方面。

其中，具有代表性的研究有：法国的学者进行了高温后钢管高强混凝土短柱的力学性能试验，探讨了高温对混凝土和钢管的影响，并提出了相应的计算公式；美国的学者利用有限元方法分析了高温后钢管高强混凝土短柱的力学性能，并与试验结果进行了对比分析。

国内外研究现状研究热点与难点•研究热点：目前，钢管高强混凝土轴心受压短柱火灾后剩余承载力的研究热点主要集中在以下几个方面•高温后钢管与混凝土之间的相互作用：高温后钢管与混凝土之间的界面粘结和摩擦力会发生变化，对结构的承载力产生影响，因此需要深入研究这种相互作用。

钢管混凝土短柱轴压力学性能分析及其数值模拟杨晓杰;刘晨康;耿强;王嘉敏;宋志刚;赵东东;张磊【摘要】钢管混凝土短柱是研究钢管混凝土最基本的构件,研究钢管混凝土短柱有助于了解钢管混凝土的力学性能,为研究其他构件提供了一个基础.对钢管混凝土短柱的力学性能进行了分析,归纳总结了短住轴压承载力理论计算公式,并采用有限元软件ABAQUS对不同壁厚钢管混凝土短柱进行轴心受压模拟.总结得出,随着壁厚的增加,钢管混凝土短柱的极限承载能力逐步提高,二者之间符合线性关系.将数值模拟软件计算求得不同壁厚短柱极限承载力与理论公式计算得出的值做出对比分析,校核发现两者较为接近,说明数值模拟计算效果良好.最后,总结分析位移荷载曲线,提出钢管混凝土短柱塑性破坏角概念.随着钢管壁厚的增加,短柱塑性变形能力提高,塑性破坏角变大,当壁厚达到11.1851 mm时,短柱发生理想塑性变形.%Concrete-filled steel tubular short columns is helpful to understand the mechanical properties of con -crete-filled steel tubes was studied , which provides a basis for the study of other components .The mechanical prop-erties of CFST short columns are analyzed , and the theoretical formulas for calculating the axial bearing capacity of short columns are summarized .The finite element software ABAQUS was used to simulate the axial compression of concrete filled steel tubular columns with different wall thickness .It is concluded that the ultimate load carrying ca-pacity of CFST short columns increases with the increase of wall thickness , which is linearly related .The numerical simulation software is used to calculate the ultimate bearing capacity of different wall thickness and the calculated value of the theoretical formula .Check that the two are closer ,indicating that the numerical simulation results are good.Finally, the displacement load curve is analyzed and the concept of plastic failure angle of concrete -filled steel tubular short columns is proposed .With the increase of the wall thickness of the steel pipe , the plastic deformation ability of the short column is improved , and the plastic damage angle becomes larger .When the wall thickness rea-ches 11.1851 mm, the short column undergoes an ideal plastic deformation .【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)032【总页数】6页(P233-238)【关键词】钢管混凝土轴心受压极限承载力壁厚效应数值模拟;塑性破坏角【作者】杨晓杰;刘晨康;耿强;王嘉敏;宋志刚;赵东东;张磊【作者单位】中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京 100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,北京100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院,北京 100083【正文语种】中文【中图分类】TD353.2钢管混凝土结构和其他工程材料想比具有延性好、承载力高等优点，在建筑和桥梁工程的施工中得到了非常广泛的应用[1—6]。

薄壁钢管轻骨料混凝土轴压短柱承载力研究的开题报告一、选题背景及意义薄壁钢管轻骨料混凝土（SLWC）是一种新型轻质复合材料，具有高强、高韧、高耐久等特点，广泛应用于建筑结构中。

而轴压短柱是建筑结构中的一个常见构件，其承载力决定了建筑物的安全性和稳定性。

因此，对于SLWC轴压短柱的承载力研究具有重要的意义。

目前，国内外对于SLWC轴压短柱的研究较少，且不够系统和深入，因此有必要对其进行深入研究。

本研究旨在探讨SLWC轴压短柱的承载力及其影响因素，为其在建筑结构中的应用提供理论基础和参考。

二、研究内容及方法本研究将对SLWC轴压短柱的承载力进行深入研究，研究内容包括以下几个方面：1. 分析SLWC轴压短柱的受力特点及其破坏模式。

2. 建立SLWC轴压短柱的数值模型，利用有限元软件ABAQUS进行模拟计算，并进行验证。

3. 考虑不同的轻骨料比例和钢管尺寸对SLWC轴压短柱承载力的影响，并进行参数分析。

4. 对比SLWC轴压短柱与传统钢筋混凝土轴压短柱的承载力，分析其优缺点。

研究方法采用文献资料法、数值模拟法和参数分析法。

通过对不同参数的变化进行分析，得出影响SLWC轴压短柱承载力的关键因素，并对其优化提出相应的建议。

三、预期成果通过本研究，可以获得以下预期成果：1. 确定SLWC轴压短柱的承载力的计算方法，为其在实际工程中的应用提供理论依据。

2. 分析不同参数的变化对SLWC轴压短柱承载力的影响规律，为其优化设计提供指导。

3. 对比SLWC轴压短柱与传统钢筋混凝土轴压短柱的承载力，为建筑结构中选择合适的构件提供参考。

4. 在国内外较少涉及该领域的研究中，增加了对SLWC轴压短柱承载力的理解和认识。

四、研究进度安排1. 前期准备（1个月）：查阅相关文献，了解SLWC轴压短柱的基本知识，准备研究所需软件和材料。

2. 数值模拟（3个月）：根据研究计划，利用ABAQUS软件建立数值模型，并进行模拟计算。

3. 参数分析（2个月）：根据模拟结果，分析不同参数的变化对SLWC轴压短柱承载力的影响，得出关键因素。

篷塑整i凰钢管混凝土短柱计算理论概述王晨兴(华南理工大学土木与交通学院，广东广州510640)睛要】钢管混凝圭．结构目前应用广泛，本文介绍了钢管混凝土结构的工作原理和计算理论，并时我国观衍'不同规范中对钢管混凝土短柱的计算方法进行比较。

陕键词]钢管混凝土；计算理论；计算公式?，，【¨。

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}{}}“}{)／}|}{}b|{}}；r’￡{{’}}}?，{一?}|、1钢管混凝土结构的应用现状钢管混疑土是一种组合构件，即在钢管内注入混凝土的构件。

从狭义上讲，钢管混凝土仅指圆形钢管，因为方形钢管对核心混凝土套箍作用不明显：从广义￡来讲，凡是在钢管内填入混凝土而形成的组合结、构都属于钢管混凝土结构。

我国主要研究和应用的是圆截面钢管混凝土，而且管内不再配置钢筋，仅浇灌素混凝土。

从20世纪60年代中期钢管混疑土开始引入我国，迄今已将近半个世纪。

它在我国的发展应用经历了两个阶段：从60年代中期到80年代中期为应用推广阶段，80年代中期迄今为提高发展阶段。

同时在理论研究方面取得了突破性进展，逐步形成了完整的理论体系和独立的新学平斗o2钢管混凝土的基本理论研究21钢管混凝±的工作原理1)在压力作用下，借助圆形钢管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更好的抗压强度和压缩变形能力。

2)借助内填混凝土的支撑作用，增强其几何稳定性，阻止了钢管向内屈曲变形，改变空钢管的失稳状态，从而提高其承载力。

而国外最新的试验研究表明管内核心混凝土的支撑作用并不能增强圆管管壁的稳定性。

众所周知，钢材在弹性工作阶段泊松比从u s-Q 25一030，平均值为0283，达到塑性阶段值为0．500混凝土的横向变形系数I．t。

则随其纵向压应力的大小而改变，由低应力开始为0．17，随压应力的增大而增大，由0．17增至0．5，达到极限状态时，由于纵向开裂，甚至大于1．oo由此可见，圆钢管混凝土短试件在轴心压力N的作用下，开始时¨。

钢管混凝土梁通柱断式新型节点的试验研究及承载力计算
的开题报告
一、研究背景
钢管混凝土结构是一种新型高效、节能、绿色的建筑体系，拥有良好的抗震性能和经济性能，广泛应用于多层住宅、商业大厦、工业厂房等建筑。

通柱断式节点是钢
管混凝土结构中常见的节点形式之一，其将钢管混凝土梁与柱连接起来，能够有效地
传递荷载和增强节点的刚度和稳定性，因而备受研究者关注。

二、研究目的
本论文旨在通过试验研究，探究钢管混凝土梁通柱断式新型节点的承载力和变形性能，并对节点的承载力计算进行理论分析，提高钢管混凝土结构节点的设计水平，
优化其性能，为该类型结构的应用提供理论和实践指导。

三、研究内容及方法
1. 梁通柱节点试验设计：根据教材和相关文献，制定试验方案，确定试验参数，选择试验材料和试验设备，具体设计包括节点节点的荷载形式、荷载大小、节点的钢
筋布置及配筋情况、混凝土强度等。

2. 梁通柱节点试验进行：搭建试验台架，装配试验模型，控制荷载，进行梁通柱节点的单调荷载试验和循环荷载试验，记录试验数据和试验变形情况，获取试验数据。

3. 承载力计算: 根据教材和相关规范，对试验数据进行统计、分析，对极限承载力进行计算，验证试验结果的正确性，并对节点的承载力计算进行理论分析、优化设
计方案、提高其性能及可靠性。

四、研究预期成果
1. 对钢管混凝土梁通柱断式新型节点的试验研究进行了系统探讨，得到了节点的荷载变形性能和极限承载力的试验结果，验证了节点设计方案的可行性。

2. 对钢管混凝土梁通柱节点承载力计算进行了理论分析和计算，并对节点的优化设计与实测数据进行对比，提出结论和建议，对节点的设计和改进提供理论和实践支持。

钢管混凝土短柱承载力计算研究摘要：本文通过对中国工程建设标准化协会标准，国家建筑工业局标准及自己推导的三个钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算公式进行了讨论，并通过实例计算，采用ANSYS对其进行分析，结果吻合良好。

关键词：钢管混凝土;短柱;承载力;1规程CECS计算公式考虑了混凝土的约束效应,等效混凝土截面，采用下式对圆钢管混凝土短柱轴心受压强度作设计计算:这样引起的值的误差介于-19.6%~ 14.2%之间，此公式亦为设计手册的计算公式，常应用于实际之中。

2 规程JCJ计算公式3公式讨论4算例分析下面以3号钢，C50混凝土为例，确定了在一定的含钢率下的套箍指标，在各个公式中计算得出结果列于表1：通过图表可以看出各个公式计算所得结果之间的关系。

计算结果中规程CECS的计算结果较为偏大，通过实验可以看出公式（3）与实验结果十分接近且计算方便。

5有限元分析根据钢管混凝土结构本身的特点，在应用ANSYS有限元软件计算时，采用PLANE42单元分别模拟钢管，混凝土，加载板。

混凝土采用相关文献建议的本构关系，在分析程序中采用多重线性曲线（MISO）来描述混凝土的应力-应变关系，曲线如下图2所示；钢管的弹性属性选择各向同性材料，其塑性属性选择双线性随动强化（BKIN）材料，需要输入的常数是屈服应力和切向斜率。

根据有关研究表明，钢管与混凝土之间的黏结滑移性能对结构整体性能的影响微不足道。

所以，在分析中，假设钢管与混凝土之间完全黏结。

在实验中，钢管混凝土短柱是通过承压板的传递来满足纵向的位移协调的。

为避免局部应力集中，在分析中，将集中力转化为均布力。

从图中可以看出有限元计算结果和实验结果基本吻合，有限元计算值与实验值对比的差异，主要是因为分析中排除了实验中的干扰因素的影响。

ANSYS只计算到荷载-位移曲线的极值点，下降段由于结构整体刚度矩阵接近奇异而很难通过控制荷载计算出来。

5结语本文对钢管混凝土短柱的力学性能进行了初步研究，通过对全曲线分析，发现钢管混凝土柱在轴压时表现出较好的弹性和塑性性能。

钢管混凝土结构理论的计算分析与应用研究王超【期刊名称】《《交通世界（建养机械）》》【年(卷),期】2013(000)009【总页数】2页(P220-221)【作者】王超【作者单位】河北廊坊市公路工程质量监督处【正文语种】中文钢管混凝土是有钢管和混凝土组合形成的刚性结构，借助于钢管对核心混凝土的套箍（约束）作用，使核心混凝土处于三向受力状态，具有更高的抗压强度和抗变形能力，从而提高受压构件的承载力。

工程界通常传统的把使用外部材料（如钢筋）有效的约束内部材料（如混凝土）的横向变形，提高后者的抗压强度和变形能力的这种作用成为套箍或约束作用，毕竟抗裂性与均匀性较差。

因此，钢管混凝土的出现在很大程度上提高及丰富了很多理论与技术的的应用，经过不断的应用实践与创新，彰显出极大的技术含量。

钢管混凝土的结构性能：钢管混凝土是由薄壁钢管与填入其内部的混凝土组成，钢管可采用直接焊接管、螺旋形有缝焊接管及无缝管。

混凝土一般仍然是普通混凝土。

钢管混凝土通常用于以受压为主的构件；如轴心受压及偏心受压的构件等结构工程。

钢管混凝土的工作原理借助于钢管对核心混凝土的套箍或约束的强化作用，是核心混凝土处于三向受压状态；从而使混凝土具有更高的抗压强度和抗变形能力，同时还借助于填筑混凝土增强钢管壁的的局部稳定性，该混凝土具有一般套箍混凝土的强度高、质量轻、耐疲劳、乃冲击等优点之外；更具有如下许多施工工艺方面的优点：钢管本身就是耐久性模板，因此；浇筑混凝土可省掉安装与拆除模板的工作及材料。

钢管兼有纵向受力主筋与横向箍筋的有机作用，钢管的制作远比加工制作箍筋节省工时。

钢管本身就是劲性承重骨架，可以先安装空管套后再填充浇筑混凝土，可简化工序和节省工时。

理论分析与工程实践证明；钢管混凝土结构域钢结构相比，在保持自重和创造力相同的条件下；可节省钢材约50%，同时大幅度的减少焊接工程量。

与普通钢筋混凝土结构相比；在保持钢材用量相同的条件下；结构断面的横截面积可减小45%以上。