圆形截面钢管钢筋混凝土构件承载力的计算

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发布时间：2021-09-05

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圆形截面钢管钢筋混凝土构件承载力的计算
王廷伟，贡金鑫，吴志良，朱晓瑜
(1．大连理工大学建设工程学部，辽宁大连 116024；2．中交第三航务勘察设计院有限公司，上海
200032)
摘要：对8个圆形截面钢管钢筋混凝土构件进行了轴心受压和偏心受压试验，采用有限元法和纤维模型法对
构件承载力进行了计算，提出了圆形截面钢管钢筋混凝土构件承载力的简化计算方法。研究表明，圆形截面钢
管钢筋混凝土具有与钢管混凝土和钢筋混凝土相同的特点，按有限元法计算的构件承载力偏小，而按纤维模型
法计算的构件承载力与试验结果符合较好。圆形截面钢管钢筋混凝土构件的承载力可通过将钢管视为普通钢
筋，将混凝土视为钢管约束混凝土的双层钢筋约束混凝土构件，采用圆形截面钢筋混凝土构件承载力的计算方
法进行简化计算。按简化方法计算的圆形截面钢管钢筋混凝土构件的承载力也与试验结果符合较好。
关键词：钢管钢筋混凝土；圆形截面；承载力；有限元法；纤维模型法
中图分类号：TU375；TU473．11 文献标志码：A 文章编号：1009—640X(2014)03—0018—08
20世纪9O年代，嵌岩桩作为一种特定的桩基类型在我国得到广泛应用，目前在港口工程及桥梁工程的
应用也越来越多。工程中为减少桩的数量，多采用大直径的嵌岩桩，大直径嵌岩桩具有承载力高、桩径大、沉
降小、抗震性能好等优点。在沉桩过程中，为防止钢套筒发生圈边、翘曲等情况，一般要采用厚度较大的钢套
筒，但较厚的套筒壁增加了工程造价，像深圳的盐田港码头工程、华能福州电厂码头工程，嵌岩桩钢套筒的最
大壁厚可达20 lnm。在嵌岩桩承载力设计中，由于缺乏理论指导和计算公式，目前一般忽略钢套筒的承载
力，只考虑钢筋混凝土桩的承载力。而实际上，钢套筒与桩内钢筋混凝土共同承担荷载，即使钢套管有一定
部分受到腐蚀，但剩余部分仍具有很大的承载力。所以，如果设计中考虑套筒的作用，可减少桩内配筋数量，
大大降低工程造价。由钢套筒与桩内钢筋混凝土构成的构件是钢管钢筋混凝土构件。钢管混凝土和钢筋}昆
凝土已经有相关的标准和设计规范，但没有钢管钢筋混凝土构件承载力的计算方法，目前关于钢管钢筋混凝
土承载力的研究也很少，已有的一些研究¨ 主要针对的是钢管钢筋混凝土构件的轴心受压性能，缺乏对钢
管钢筋混凝土构件的偏心受压性能的研究。本文对8个圆截面钢管钢筋混凝土试件进行了试验研究和理论
分析，在此基础上提出钢管钢筋混凝土构件承载力的计算方法。
1 试验研究
1．1 试件设计
试验共设计了8根钢管钢筋混凝土试件，包括轴心受压和偏心受压试验，试件的钢管尺寸、钢筋直径及
构件偏心距如表1所示。钢管采用Q345钢，含钢率为12．8％，屈服强度设计值为310 N／ram ；纵筋采用
HRB335级钢筋，配筋率为3．93％，沿试件圆周均匀布置，屈服强度设计值为300 N／mm ；混凝土强度等级为
C40防冻混凝土，抗压强度设计值为19．1 N／ram 。混凝土砂率为38．9％，水胶比为0．31，混凝土各种成分
质量比为：水泥：粉煤灰：砂：石：水=1：0．221：1．829：2．727：0．374，单位立方米混凝土的质量为
收稿日期：2013—11—18
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51278081)
作者简介：王廷伟(1990一)，男，河北张家口人，硕士研究生，主要从事建筑结构设计和抗震研究。
E—mail：kelvinwangting@ 163．com
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第3期王廷伟，等：圆形截面钢管钢筋混凝土构件承载力的计算 19
2 384．4 kg。试验前对钢管、钢筋和混凝土强度进行了试验，实测各材料强度值为：钢管，vI=345 MPa，钢筋
厂vI=322 MPa，混凝土，c =36．1 MPa。钢管钢筋}昆凝土试件的尺寸和配筋情况如图1所示