钢管混凝土短柱极限承载力可靠分析

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。

火灾下钢管混凝土柱响应特征及极限承载力预计方法结构柱是结构中最重要的构件之一,钢管混凝土柱具有更高的抗压、抗弯和抗剪承载力,其对实现现代建筑高(超高建筑)、大(大跨建筑)、强(抗震能力强)等特点起到了重要的助推作用。

火灾下,由于核心混凝土吸热,使得外包钢管的升温较纯钢结构产生滞后效应,从而提高了构件的耐火性能。

在火灾中,一旦柱子丧失了承载力,结构就会发生局部倒塌,甚至整体坍塌。

因而,火灾下钢管混凝土柱的响应特征及极限承载力研究在钢管混凝土结构抗火性能的研究中具有举足轻重的地位,因此开展此项研究具有重要的现实意义。

目前,关于钢管混凝土柱单个构件抗火性能的研究已近比较广泛,但试验模型的边界条件大多未能反映实际约束刚度。

同时,也忽略了工程实际中核心混凝土制备过程中的高流动性和由于添加泵送剂带来的高温下高性能泵送混凝土各项性能的劣化加剧。

现有的研究集中于描述钢管混凝土柱在火灾下的破坏形态、升温形式、轴向变形等等,但是对火灾下具备一定约束刚度同时填充泵送混凝土的钢管混凝土柱失效机理研究十分缺少。

与此同时,国内外对钢管混凝土柱的抗火性能虽已进行了较深入研究,但大多数都集中在对它的耐火极限(时间)的研究上,而对火灾下钢管混凝土柱的极限承载力是如何演化的以及对其如何进行预计尚属欠缺。

因此,本文针对上述情况进行了相关研究,具体而言,本文完成的主要工作和研究结果包括:(1)在针对本文研究设计出相关试验装置和试验方案后,对14根大坍落度核心混凝土的钢管混凝土柱在预定边界约束刚度条件下进行火灾试验研究,并将试验结果进行对比分析,发现尺寸效应对钢管混凝土柱或其他结构构件的火灾行为有着显著影响,大尺寸试件由于其较大的热容,吸收更多的热量,从而升温缓慢,并且试件外侧与核心的温度梯度也较大。

同时,在偏心值和约束类型相同的情况下,约束刚度的大小对钢管混凝土试件的轴向位移大小具有显著影响。

在其他因素相同的情况下,试件处于大约束刚度状态下时的端部转角值均大于在小约束刚度时的端部转角值,同时随着偏心的增大,各试验柱的端部转角也基本相应增大。

方钢管混凝土轴压柱承载力分析摘要：针对方钢管混凝土柱的受力特点，引入了混凝土强度折减系数和等效约束折减系数，实现了方钢管混凝土柱向圆钢管混凝土柱的等效。

利用薄壁圆筒的双剪统一强度解推导了方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力计算公式。

在此基础上，引入了轴压稳定系数，建立了方钢管混凝土轴压长柱的极限承载力计算公式。

利用建立的公式与文献数据进行了计算对比，结果表明：所得公式计算的轴压承载力与文献的试验结果吻合较好，对钢管混凝土的研究有一定的理论价值。

关键词：方钢管混凝土极限承载力薄壁圆筒双剪统一强度理论1、引言随着我国高铁建设的飞速发展，对站房的要求越来越高，站房高度和跨度的不断增加使得梁、柱所承受的荷载越来越大。

承重柱作为建筑物最为重要的受力构件，是建筑物抵抗外力的关键，特别是在地震作用下，柱子不仅需要有足够的强度，而且须有很好的延性。

钢管混凝土柱以其承载能力高、延性好，抗震性能优越、耐冲击、耐疲劳和施工方便等优点而在实际工程中得到广泛的应用。

方钢管混凝土柱作为钢管混凝土柱的一种形式，除具有钢管混凝土柱的优点外，还有节点形式简单、截面惯性矩大、稳定性能好、抗弯性能好的优点，具有广阔的应用前景。

因此对方钢管混凝土力学性能的研究具有重要的意义。

2、方钢管混凝土柱的受力特点钢管混凝土柱在应力水平较高时，内部混凝土的纵向微裂缝将会得到发展，其泊松比将超过0.5，随着纵向微裂缝的发展，混凝土的泊松比将会超过外钢管的泊松比，此时，钢管会对混凝土产生围压。

方钢管对内部混凝土的约束很不均匀，文献[1]中指出：方钢管对核心混凝土的约束力主要集中在4个角部，而且约束力很不均匀，4个角部的混凝土受到的约束强，边部中间管壁处的混凝土受到的约束较弱。

在大量的试验研究的基础上，我们得出结论：当方钢管达到钢材的极限强度时，角部钢管发生塑性变形，边部中间管壁发生局部失稳，混凝土被压碎。

由于方钢管对内部混凝土的约束的不均匀性，所以如何计算外钢管和核心混凝土之间的相互约束“效应”成为计算方钢管混凝土强度及承载力的重中之重。

[文章编号]1002-8528(2009)03-0078-04钢管混凝土柱极限承载力可靠度校准分析周圣斌(中国建筑科学研究院,北京100013)[摘　要]通过蒙特卡罗法对钢管混凝土柱极限承载能力进行可靠度计算,分析了材料性能、荷载组合、荷载比和含钢量对钢管混凝土柱可靠度的影响。

计算结果表明CECS28:90规程的钢管混凝土柱极限承载能力公式安全度设置合理,满足GB50068-2001规范要求。

[关键词]可靠度;钢管混凝土柱;蒙特卡罗法[中图分类号]TU398+.9;TU311.2 [文献标识码]AReliability Analysis of Ultimate Bearing Capacity of Concrete -Filled Steel Tube ColumnZH OU Sheng -bin (China Academy of Buil ding Research ,Beijing 100013,China )[A bstract ]Monte -Carlo method is applied to analyze the reliability of concrete -filled steel tube columns .It shows that the reliabilityindex is influenced by the grade of concrete and steel ,steel ratio ,load combinations and characteristic value of a loads .The anal ytical results indicate that the reliability index of the concrete -filled steel tube columns design formula of CECS28:90has a reasonable safet y level and satisfies the demand of the National Design Standard of Building Structures (GB 50068-2001).[Keywords ]reliability ;concrete -filled steel tube column ;Monte -Carlo method[收稿日期]2008-05-14 [修回日期]2008-07-24[作者简介]周圣斌(1981-),男,博士,工程师[联系方式]zs bwhu @sina .com1　引　言钢管混凝土结构具有高强、高性能和高效施工技术等特点,在我国得到了广泛的应用。

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。

钢管混凝土柱受力性能分析李海锋河海大学土木工程学院，南京（210098）E-mail：lihai_feng@摘要：本文分析了钢管混凝土结构的基本力学性能找出了此结构形式承载力高的原因，并用算例比较了钢管混凝土结构与普通混凝土结构的差异，得出了一些结论并对工程建设提出了几点建议。

关键词：钢管混凝土结构；承载力；受压中图分类号：TU171. 前言近年来由于钢管混凝土结构承载力高，塑性和韧性好，经济效果显著和施工快速方便等优点而越来越受到工程界的重视[1]。

在我国钢管混凝土结构主要应用于单层和多层工业厂房柱，高炉和锅炉构造柱，各种设备支架柱以及送变电杆塔结构等，近年来随着工程技术水平提高已被广泛应用于桥梁和多，高层建筑中，取得了很好的经济效益。

钢管混凝土结构与钢结构相比在不增加或少许增加结构自重条件下，可大幅节省钢材；与混凝土结构相比，可大幅减轻结构自重，空钢管骨架的吊装重量大为减轻，不需模板和钢筋，施工大为简化。

在高层建筑中采用钢管混凝土结构可发挥它的抗压和抗剪性能好，承载力高，抗震性能优越，延性好，控制构件长细比后可以不限制轴压比，并能充分发挥高强混凝土的承载力防止其脆性破坏等一系列优点[2]。

多年来的研究表明，钢管混凝土结构中的钢管具有套箍，支架，模板三打作用，使钢管混凝土结构表现出用钢量小，刚度大，安装重量轻，承载力高，施工快速方便，经济效益明显等一系列突出优点。

由于以上钢管混凝土结构各种优点，应该大力推广这种结构形式，使其为我国社会主义现代化工程建设做出更突出的贡献。

2. 钢管混凝土柱力学性能钢管混凝土柱为钢管混凝土结构中主要结构形式，在这种结构中可以充分发挥钢材和混凝土这两种材料的性能。

下面主要分析钢管混凝土柱力学性能，找出其力学上受力合理的原因。

2.1组成材料的力学性能[3]钢管混凝土柱是有钢管和混凝土两种材料组成，而钢管混凝土柱的承载力并不是钢管和混凝土两种构件承载力简单的加和，从后面的算例可以看出钢管混凝土柱的承载力是钢管和混凝土两种构件承载力加和的1.61倍左右。

四川建筑 第30卷4期 2010.08钢管混凝土核心柱极限承载力分析周 笑,彭 阳(成都医学院基建工程处,四川成都610084)摘 要 钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料的相互作用,充分发挥两种材料的力学性能;而钢管混凝土柱则利用外包混凝土解决了钢管裸露在外带来的种种问题。

文中详细推导了普通箍筋约束钢管混凝土柱和螺旋箍筋约束钢管混凝土柱的极限承载力计算公式,为该类构件的进一步研究做了一定的基础工作,同时,还对该类构件存在的若干问题进行了初步探讨。

关键词 钢管混凝土核心柱; 极限承载力; 外包混凝土 中图分类号 TU 323 1文献标识码 A[收稿日期]2009-09-18[作者简介]周笑(1971~),男,本科,工程师,主要从事建筑工程管理方面的工作。

1 钢管混凝土核心柱的特点钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,充分发挥两种材料的力学性能,即管内混凝土受到钢管紧箍作用处于三向受压状态,强度和延性进一步提高。

同时,管内混凝土的存在可以避免钢筋过早发生局部屈曲,保证其高强力学性能得到充分发挥。

因此,钢管混凝土柱广泛应用于实际工程中,特别是高层建筑底层轴压比较大的柱。

但由于钢管直接暴露在空气中,需要对其进行防锈、防腐及防火处理,为此,工程中常采用对其外包混凝土处理,即将钢管混凝土置于柱截面核心,外包普通钢筋混凝土,内设纵筋和箍筋,称为钢管混凝土核心柱。

外包混凝土钢管混凝土柱与钢管混凝土柱相比,除了提高防锈、防腐及防火能力外,在节点处可以让横向构件从外包钢筋混凝土中穿过或直接锚固在其中,施工简单方便;与钢筋混凝土柱相比,配置钢管可以提高承载力和延性,缩小截面面积并减轻自重;与纯钢柱相比,外包混凝土不仅可以提高防锈、防腐及防火能力,更有助于提高整体稳定性,避免钢材出现局部屈曲,充分利用钢材强度。

因此,钢管混凝土柱广泛应用于高层、超高层建筑中。

钢管混凝土柱根据外包混凝土箍筋约束情况,可以分为以下几种类型:普通箍筋约束钢管混凝土柱(以下称柱A );螺旋箍筋约束钢管混凝土柱(以下称柱B);复合箍筋约束钢管混凝土柱(以下称柱C )。