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附录F 圆形钢管混凝土构件设计F.1 构件设计F.1.1 钢管混凝土单肢柱的轴向受压承载力应满足下列公式规定：持久、短暂设计状况 N≤N u (F.1.1-1)地震设计状况 N≤N u /γRE (F.1.1-2)式中：N ——轴向压力设计值；N u ——钢管混凝土单肢柱的轴向受压承载力设计值。
F.1.2 钢管混凝土单肢柱的轴向受压承载力设计值应按下列公式计算：0N N e l u ϕϕ= (F.1.2-1))1(9.00αθ+=c c f A N （当θ≤[θ]时） (F.1.2-2))1(9.00θθ++=c c f A N （当θ＞[θ]时） (F.1.2-3)cc a a f A f A =θ (F.1.2-4) 且在任何情况下均应满足下列条件：b e l ϕϕϕ≤ (F.1.2-5)0θ——钢管混凝土的套箍指标；α——与混凝土强度等级有关的系数，按本附录表F.1.2取值；[θ]——与混凝土强度等级有关的套箍指标界限值，按本附录表F.1.2取值； A c ——钢管内的核心混凝土横截面面积；f c ——核心混凝土的抗压强度设计值；A a ——钢管的横截面面积；f a ——钢管的抗拉、抗压强度设计值；φl ——考虑长细比影响的承载力折减系数，按本附录第F.1.4条的规定确定；φe ——考虑偏心率影响的承载力折减系数，按本附录第F.1.3条的规定确定；φ0——按轴心受压柱考虑的φl 值。
F.1.3 钢管混凝土柱考虑偏心率影响的承载力折减系数φe 应按下列公式计算：当e 0/r c ≤1.55时，c e r e 085.111+=ϕ (F.1.3-1)NM e 120= (F.1.3-2)当e 0/r c ＞1.55时，4.03.00-=c e r e ϕ (F.1.3-3)式中：e 0——柱端轴向压力偏心距之较大者；r c ——核心混凝土横截面的半径；M 2——柱端弯矩设计值的较大者；N ——轴向压力设计值。
关于钢管混凝土结构承载力的分析与探讨摘要：随着我国经济和建设事业的迅猛发展，近年来，钢管混凝土以其独特的优势在各项建设事业中得到了较为广泛的应用，并且也是发展前景极为广阔的一种结构形式。
为了更安全合理地推广应用钢管混凝土结构，本文主要对不同截面形式钢管混凝土结构的承载力进行了分析。
关键词：不同截面；钢管混凝土结构；承载力1.钢管混凝土结构概述钢管混凝土结构是将混凝土注入封闭的薄壁钢管内形成的组合结构，通常用于轴心受压或偏心受压的柱，且一般都不再配筋，只有在极少数的情况下，例如柱子承受很大的压力，或压力小而弯矩大时，则在管内配置纵向钢筋和箍筋。
钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土结构、螺旋配筋混凝土结构以及钢结构的基础上演变和发展起来的一种新型结构。
在性能方面，它利用钢管和混凝土材料在受力过程中的相互制约，不仅弥补了两种材料各自的缺点，而且能充分发挥二者的优点，使整个结构具有良好的受力性能。
由于钢管的存在，使核心混凝土处于三向受力的复杂应力状态，不仅使混凝土的强度提高，而且使原本脆性的混凝土由于受钢管的约束成为具有一定塑性性能的材料。
所以在钢管混凝土结构中，承载力是很重要的性质。
对于不同截面的钢管混凝土结构，其截面形式的受力特点及承载力是不同的，所以，下面就几种不同截面钢管混凝土结构的承载力进行分析。
2.不同截面形式钢管混凝土结构的承载力分析2.1常用截面形式2.1.1圆形截面圆形钢管混凝土是目前研究最为充分的截面形式且在工程中应用也最为广泛。
对于圆形钢管混凝土柱，混凝土受到钢管对其均匀约束作用。
圆形钢管混凝土承载力及变形能力均优于其他截面形式钢管混凝土构件。
由于圆形钢管对于混凝土约束效果比较好，所以圆形钢管混凝土构件主要用于轴压及小偏心受压构件。
对于大偏心受压构件来说，由于受拉侧钢管不能对混凝土约束，因此混凝土三向受压性能不能得到发挥。
2.1.2方形截面方形钢管混凝土构件在结构中应用也很广泛，但是方形钢管对于混凝土的约束不如圆形钢管的约束效果好，方形钢管混凝土的承载力明显低于圆形钢管混凝土。
高温下钢管混凝土轴压承载力计算公式推导摘要：通过混凝土和钢材高温时的应力应变关系模型分析对比，得到常温下和高温下的两种材料的应力应变变化过程非常类似，事实上，大多数研究人员都把高温下钢管混凝土的计算模型与相应的弹塑性全过程分析理论与常温下的归做一致。
不同的是把常温下的两种材料各种常温下的物理力学系数改换成高温下的物理力学系数。
以下便通过极限平衡理论来推导高温下的钢管混凝土轴心受压柱的极限承载力。
关键词：高温混凝土轴压承载力计算引言极限分析法，或叫极限平衡法，它不管加载历程和变形过程，直接根据结构处于极限状态时的平衡条件算出极限状态的荷载数值。
极限平衡理论将结构视为由一系列元件组成的体系，元件的变形方式和相应的极限条件（屈服条件）是已知的，而结构的极限承载能力是待求的。
元件和结构的极限状态都是以作用在他们上面的力的大小作为量度的标准。
当作用力达到某种大小，使结构发生破坏，丧失承载能力，或者使结构变形加剧成为机构，我们就称之为结构达到其极限状态。
1.极限平衡理论的基本假设，认为结构具有以下三个特性：1.1结构变形的微小性。
在结构丧失承载能力之前，结构和元件的变形很小，因而可以忽略静力平衡方程中的几何尺寸的变化，始终按变形前的结构尺寸来考虑静力平衡关系。
1.2元件极限条件（屈服条件）的稳定性。
结构的元件，在达到极限强度时，其变形应能足够急剧地增长，但变形的增长不会改变元件的极限（屈服）条件。
在结构丧失承载能力之前，结构的所有元件都不会失去稳定。
1.3荷载增长的单调性和一致性。
作用于结构上的所有荷载都按同一比例徐徐增长，即所谓准静力式的简单加载。
以上1.1，1.2假设的实质，是把实际结构的元件理想化为刚塑性元件，即忽略其弹性变形。
高温下的钢管混凝土构件轴压下的性能，比较符合以上的假设，尽管钢管混凝土轴心受压柱的变形很复杂，更因加载方式不同而有差异，但其极限承载能力则不受变形过程的影响，因此可以应用极限平衡理论来进行分析计算。
圆钢管混凝土柱轴心受压承载力计算分析胡栋【摘要】The article analyzes different types of concrete-filled steel tubular columns and factors that influence the load carrying capacity of concrete-filled steel tubular columns. It also introduces four computational theories for columns and compares the designing codes in different countries, the results shows that although there are differences among these codes, the factors of these code concerning have little difference, and the computational results also have little difference.%本文对钢管混凝土柱的形式、影响钢管混凝土柱承载力的因素行了分析,简要介绍钢管混凝土柱承载力计算公式的四种理论,并对各国规范计算轴心受压柱公式进行验证比较,结果表明各国规范尽管公式在形式上有所区别,但考虑因素都大同小异,计算结果偏差不大.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2011(033)003【总页数】3页(P59-61)【关键词】钢管混凝土柱;受压承载力【作者】胡栋【作者单位】同济大学土木工程学院建筑工程系,上海,200092【正文语种】中文【中图分类】TU375.31897年John Lally［1］在钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱，距今钢管混凝土结构在土木工程中的应用已逾百年的历史。
20世纪20年代前后美国波士顿、纽约、芝加哥等地曾将其用于单层、多层建筑的承重柱［1］。
苏联于1937年开始对钢管混凝土结构做系统的研究，并在工业厂房、空间结构和拱桥结构中应用。
在20世纪60年代之后，钢管混凝土技术在西欧、北美及日本等发达工业国家受到重视，开展了大量的实验研究工作，取得了许多成果，主要相关设计规程有EC4，BS5400，ACI318-99(1999)，AISC-LRFD(99)和AIJ(97)等。
我国于1959年开始研究钢管混凝土，在钢管混凝土力学性能研究方面取得了丰硕的成果，并制定了相应的技术规程：CECS 28：90《钢管混凝土结构设计与设计施工规程》、JCJ 01-89《钢管混凝土结构设计与施工规程》，DL/T 5085-1999《钢- 混组合结构设计规程》等［2，3］。
1 钢管混凝土柱的性能及研究方法1.1 钢管混凝土柱的形式目前应用较多的钢管混凝土柱截面形式主要有以下几种，如图1所示。
钢管混凝土柱有长柱与短柱之分，通常将长径比L/D≤4的柱叫做短柱。
对于短柱和长柱，在受力时，计算其承载力所考虑的因素略有不同。
一般来说，计算钢管混凝土柱的承载力时，需要考虑的因素有套箍指标，钢管的屈服强度，混凝土的强度，柱两端的约束条件及两端的弯矩比值等。
但对于长柱，由于其长细比较大，在加载过程中可能会出现失稳的现象，故而计算公式中需考虑长细比的影响。
这些因素在各种规程中的计算式中都有体现。
1.2 钢管混凝土柱轴心受压性能钢管混凝土柱轴心受压时主要有如下特征：①钢管对混凝土具有套箍约束作用，使混凝土处于三向受压状态，从而提高混凝土具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，增强钢管壁的几何稳定性，改变空钢管的失稳模态，从而提高其承载能力。
根据哈尔滨锅炉厂做过的轴心受压对比试验［5］，同等条件下，圆钢管混凝土柱的承载能力远大于混凝土柱承载能力，且其承载能力甚至要大于组成钢管混凝土柱的混凝土核心柱及外包钢管承载力之和。
在长期荷载作用下，钢管混凝土柱中核心混凝土具有如下一些特点：①混凝土处于密闭状态，和周围的环境没有湿度的交换;②沿构件的轴向收缩将受到外包钢管混凝土的限制;③在受力过程中，核心混凝土和外包钢管存在着相互作用［4］。
影响长期荷载作用下钢管混凝土构件受力性能的主要有加载龄期、持荷时间、轴压比、含钢率、钢材种类、混凝土强度等级、荷载偏心率及徐变等。
1.3 承载能力测试方法目前对于钢管混凝土柱轴心受压的实验方法有以下三种形式，如图2所示。
大量实验研究表明，此三种加载方法所得的极限承载力值几乎相等，只是变形会有所差别。
故柱在轴心受压承载力计算时候，柱端的加荷方式造成的影响可以不考虑。
1.4 钢管混凝土柱承载力计算的理论目前主要有4种钢管混凝土计算理论和方法：(1) 中国建筑研究院提出的拟混凝土理论，在计算时，主要考虑核心混凝土三向受压应力状态下的受力，将钢管壁视为分布在核心混凝土周围的等效纵向钢筋。
中国工程建设标准化协会标准CECS 28：90、欧洲的EC4、美国ACI标准的计算方法采用此理论。
(2) 哈尔滨工业大学及福州大学等研究的基于回归分析的统一计算理论，将钢管混凝土视为一种组合材料，采用整体几何特性和组合性能指标来计算构件的各项承载力，不再区分钢管和混凝土，其成果为福建省工程建设标准DBJ13-51-2003及国家军用标准GBJ4142-2000采用。
(3) 同济大学基于钢结构分析方法提出的拟钢结构理论，其将混凝土折算成钢，再按照钢结构设计规范的模式进行分析计算，求得等效钢管的性质，并以等效钢管构件的承载力作为原钢管混凝土构件的承载力，美国LRFD规范的计算方法以此理论为基础。
(4) 日本及我国天津地区采用的强度叠加理论，即将填充混凝土和钢管两部分的承载力进行叠加，作为钢管混凝土构件整体的承载力，日本钢骨钢筋混凝土结构计算标准AIJ97和天津规程DB29-57-2003采用该计算理论。
2 各国规程计算对比分析2.1 中国DL/T5085-1999规程DL/T5085-1999规程，即《钢-混组合结构设计规程》［6］，提出套箍系数的概念，其建立的理论基础为前述的统一计算理论。
轴压构件承载力计算公式为：式中，ξ0为套箍系数，ξ=αsfy/fc;αs为构件截面含钢率，αs=As/Ac;fc为混凝土轴心抗压强度设计值;ηs、ηc为设计系数;Asc为钢管混凝土的截面面积，Asc=As+Ac;φ为轴心受压稳定系数。
2.2 美国AISC-LRFD(99)规程美国钢结构协会(AISC)推荐的《荷载抗力系数设计法钢结构规程》(LRFD)［7］的理论基础为拟钢结构理论。
该规程把钢管混凝土组合构件视为纯钢构件，把混凝土的强度折算到钢材中，直接采用钢结构稳定承载力设计公式。
轴心受压构件承载力计算公式为：式中，N为轴力设计值;Nu为钢管混凝土轴心受压极限承载力，Nu=Fcr·As;φC为折减系数，取值为0.85，Fcr为临界应力，按下式计算：其中，λc为构件的相对长细比。
2.3 欧洲EC4(94)规程欧洲标准协会于1996年颁布了Eurocode4：Design of composite steel and concrete structure(EC4)［8］，该规程采用修正后的全截面塑性抗压承载力作为钢管混凝土轴压构件的强度承载力，对于圆钢管混凝土，轴压构件承载力计算公式为：式中，As、Ac分别为钢管截面面积和混凝土截面面积;fy为钢材屈服强度;f＇c为混凝土圆柱体抗压强度;γs为钢材的材料分项系数，取1.1;γc为混凝土的材料分项系数，取1.5。
2.4 日本AIJ(97)规程日本在1997年颁布了《钢管混凝土设计与施工指南》(AIJ97)［9］，该规范强度叠加理论计算，并考虑钢管对核心混凝土的约束效应。
相关轴压构件承载力计算公式为：F=min(fy，0.7fu)，fy为钢材屈服强度，fu为钢材抗拉强度，f＇c为混凝土圆柱体抗压强度。
2.5 不同规程轴压构件承载力对比由以上各规程计算方法可以看出，以不同理论推导出的轴心受压承载力计算公式有所不同，现根据上述理论和计算公式，对不同参数圆钢管混凝土柱轴心受压承载力进行计算，结果见表1、表2。
表1 各规程轴心受压承载力对比注：构件长度为5000mm，钢材强度为Q235。
编号钢管外径/mm钢管壁厚/mm混凝土等级DL/T5085-1999/kN AISC-LRFD(99)/kN EC4(94)/kN AIJ(97)/kN 400 6 C30 4578.5 3924.7 3314.2 4906.5 2 400 8 C30 5335.4 4560.1 3911.0 5615.1 3 400 10 C30 6214.6 5327.4 4624.2 6415.5 4 600 8 C30 9115.6 7672.5 6708.7 9861.5 5 600 10C30 10534.3 8501.2 7648.2 11013.8 6 600 12 C30 11427.5 9430.1 8581.6 12159.4 7 800 10 C40 16235.3 14158.4 12282.0 17801.6 8 800 12 C40 17681.2 15359.3 13296.6 19014.8 9 800 14 C40 18957.7 16436.4 14201.9 20173.1 10 1000 12 C40 23675.6 21852.6 17430.5 24418.3 11 1000 14 C40 26834.1 24583.0 20148.6 27904.1 1 12 1000 16 C40 30024.6 27952.4 23428.7 31831.2表2 计算值与平均值的比较注：N1、N2、N3、N4 分别为 DL/T5085-1999，AISC-LRFD(99)，EC4(94)，AIJ(97)计算所得承载力。
编号平均值/kN N/N1N/N2 N/N3 N/N4 1 4180.98 1.10 0.94 0.79 1.17 2 4855.40 1.10 0.94 0.81 1.16 3 5645.43 1.10 0.94 0.82 1.14 4 8339.58 1.09 0.92 0.80 1.18 5 9424.38 1.12 0.90 0.81 1.17 6 10399.65 1.10 0.91 0.83 1.17 7 15119.33 1.07 0.940.81 1.18 8 16337.98 1.08 0.94 0.81 1.16 9 17442.28 1.09 0.94 0.81 1.16 10 21844.25 1.08 1.00 0.80 1.12 11 24867.45 1.08 0.99 0.81 1.12 12 28309.23 1.06 0.99 0.83 1.12通过上面的分析可以看出有DL/T5085-1999规程、AISC-LRFD(99)规程、EC4规程、AIJ(97)规程得出的结果差别并不是太大，AISC-LRFD(99)，DL/T5085-1999结果较为接近，EC4(94)计算值较小，偏于保守。
