初始缺陷薄壁方钢管混凝土柱宽厚比研究
杨维英， 高轩能， 沈剑波
(华侨大学土木工程学院． 福建泉蝌362021)
【摘要】 引入折减系数仅，考虑初始缺陷的影响，采用理论分析与有限元计算相结合的方法，研究有初始
缺陷的薄壁钢管混凝土的宽厚比，通过局部屈曲判定曲线得出薄壁钢管的折减系数0【在0．87以上。研究表明，初
始缺陷使得薄壁钢管混凝土管壁的局部屈曲提前发生，并且随着钢管屈服强度的提高，这种不利影响越趋明显。
【关键词】 初始缺陷；薄壁钢管混凝土；局部屈曲
【中图分类号】TU375．3 【文献标识码】A 【文章编号】1001—6864(2011)09—0036一O3
RESEARCH ON FLAKINESS RATIO OF CONCRE TE—FILLED SQUARE
THIN-W ALLED STEEL TUBULAR CoLUM NS W ITH INITIAL 皿唧RFECTIoN
YANG Wei—ying， GAO Xuan-neng， SHEN Jian-b0
(College of Civil Engineering，Huaqiao University，Fujian Quanzhou 36202 1，China)
Abstract：Considering the influence of initial imperfection，introducing the reduction factor
d．Through theoretical and finite element analysis．flakiness ratio of concrete—filled thin—walled steel tubes
(CFTST)with initial imperfection was studied．Through the local buckling of thin—walled steel tube，we
can get that the reduction factor iS above 0．87．The studies show that CFTST with initial imperfection are
more prone to local buckling than perfect ones，and this tendency is more obvious with the yield strength
increasing．
Key words：initial imperfection；concrete．filled thin．waUed steel tube；local buckling
由薄壁钢管混凝土具有自重轻，施工方便，截面抗弯刚
度较大，容易焊接等特点，但其在轴向压力作用下容易发生
局部屈曲，使钢管部分截面提前退出工作，并过早发生较大
变形，同时降低钢管对核心混凝土的约束作用，最终降低钢
管混凝土构件的承载能力。为防止钢板件过早发生局部屈
曲，通常限制板件的宽厚比。
国内外的研究者相继对钢管混凝土管壁的局部屈曲性
能进行了理论研究，并分别得出了不考虑初始缺陷的钢管
混凝土管壁的屈曲临界系数。H．D．wright对空方钢管的局
部屈曲性能进行了研究，提出了防止薄壁钢管混凝土在受
弯、受剪的情况下钢管屈曲的宽厚比的最大限值⋯。
B．uy采用半解析有限元模型得出钢板在纵边有约束
情况下的屈曲系数为10．30 ；何保康等提出了非加载边固
定板的屈曲强度计算公式，得到钢板局部屈曲系数为
l0．67 ；曹宝珠和张耀春通过对方钢管与混凝土间的相互
作用分析，得出薄壁钢管在双向应力下的临界屈曲系数保
持在10。0左右 J。但是因为试件在加工以及安装等过程
中不可避免的偏差和瑕疵，实际工程中使用的所有钢板件
都存在一定的几何缺陷和残余应力等初始缺陷。初始缺陷
的存在会降低钢管的局部屈曲性能，使薄壁钢管的局部屈
曲提前发生。本文采用理论分析和有限元计算相结合的方
法，研究考虑缺陷的薄壁钢管混凝土的局部屈曲性能。
1 临界宽厚比的理论分析
众所周知，理想板件在压应力作用下的临界应力为 ：
E。 ，l、
r 丽 ¨
式中， 为钢材的弹性模量； 为钢材的泊松比；6和t
分别为矩形板的宽度和厚度； 为和边界条件有关的屈曲
系数。
参考国内外研究者的分析结果，本文在计算方形钢管
混凝土管壁时取 =10．Oo令17" = ，并将四边简支板的屈
曲系数4．0和方钢管的屈曲系数10．O代人上式，可得四边简
支和方形钢管混凝土不发生局部屈曲的板件临界宽厚比：
对于四边简支板：
一
b ≤ 2
￡
对于钢管混凝土管壁：
了b≤3
．
162 ,／．／2E
B
￡ ：)
(2)
(3)
对于Q235钢材，泊松比 取O．3，弹性模量E 取2．06×
10 N／mm ，代入上式可得钢管混凝-I-II~界宽厚比为89。
以上是理想的无缺陷板件临界宽厚比的理论解，实际
板件有诸如初弯曲、残余应力等缺陷，这些缺陷使钢管的局

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