带肋方钢管混凝土偏压构件承载力计算方法研究

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发布时间：2021-09-10

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带肋方钢管混凝土偏压构件承载力计算方法研究
黄义勇
(中铁上海设计院集团有限公司，上海200070)
摘要：带肋方钢管混凝土是指在方形钢管中设置纵向加劲肋后再填充混凝土而形成的构件，与无肋方钢
管混凝土构件相比，由于加劲肋阻碍了管壁局部屈曲的产生，其承载力和延性都有所提高。在前期有限
元计算的基础上，对带肋方钢管混凝土轴压、纯弯、偏压构件的承载力进行了参数分析，计算过程中考虑
了焊接残余应力和初始几何缺陷的影响，提出了轴压、纯弯、偏压构件承载力计算公式。对于轴压构件，
考虑了较大宽厚比使构件承载力降低，及加劲肋使构件承载力提高。对于纯弯构件，考虑了加劲肋对承
载力的贡献。对于偏压构件，修正了长细比对承载力的影响。所有的计算公式与无肋方钢管混凝土承
载力的计算公式相衔接。最后，将公式的计算结果与试验结果进行比较，两者符合良好，这些公式可为
有关工程实践提供参考。
关键词：带肋方钢管混凝土轴压纯弯偏压计算公式
中图分类号：TU392．3 文献标识码：A
带肋方钢管混凝土柱是指在方形钢管管壁内设置
纵向加劲肋，然后再浇筑混凝土而形成的构件，具有承
载力高、节点形式简单、建筑布局灵活、施工：疗便、更易
采用防火措施等特点。尤其在截面宽厚比(B／t)较大
时，采用设置加劲肋的钢管制作成的方钢管混凝土柱，
在加载过程中可有效地控制局部鼓曲的发展，提高构
件约束能力及管壁稳定性，进而提高构件承载力，增大
延性。
国内外已有学者对带肋方钢管混凝土构件的力学
性能做了相关研究。陶忠和于清(2006年)¨ 对薄壁
带肋方钢管混凝土轴压和偏压试件进行了试验及理论
研究，并提出了薄壁带肋方钢管混凝土轴压和偏压构
件的承载力简化计算方法。CLOTILDA等(2010
年) 对采用角钢拼焊而成的薄壁带肋方钢管混凝土
构件进行了推出试验与轴压试验，其中有些构件加劲
肋带有楔形接头。试验结果表明：设置带楔形接头加
劲肋的构造措施可以提高薄壁方钢管混凝土柱的界面
黏结力、轴压极限承载力与延性。郭兰慧等(2011
年)E 3]结合贵州洪家渡水电站钢管混凝土厂房柱的设
计，对大长宽比的薄壁加劲矩形钢管混凝土构件在双
向压弯荷载作用下的性能进行了理论分析，研究了构
件的变形、截面内力和截面变形轴随荷载的变化。黄
收稿日期：2011-06-12；修回日期：2011—09-12
基金项目：国家自然科学基金(51008122，50968006)
作者简介：黄义勇(1964一)，男，江西安义人，高级工程师。
宏等(2011年) 对带肋方钢管混凝土轴压短柱进行
了试验研究和理论分析。
本文拟在前期对带肋方钢管混凝土轴压、纯弯、偏
压构件进行的有限元分析和计算的基础上，通过参数
分析，提出带肋方钢管混凝土轴压、纯弯、偏压承载力
计算公式，这些计算公式与无肋方钢管混凝土轴压、纯
弯和偏压构件承载力计算公式相衔接。最后，将公式
计算结果与各类试验结果进行了比较。
1 轴压强度承载力
由黄宏等(20l1年) 的研究可知，对带肋方钢管
混凝土柱轴压强度承载力的影响因素，除了与无肋方
钢管混凝土相同的因素外，还与钢管宽厚比B／t及加
劲肋高厚比^／有关。因此，在无肋方钢管混凝土轴
压承载力计算公式的基础上，本文将引入系数If，。，
：，分别考虑这两个参数对带肋方钢管混凝土轴压短
柱承载力的影响。按此思路，设定本文的带肋方钢管
混凝土轴压承载力Ⅳ 为
N = 。A 。 + 2A (1)
其中，A 为钢管截面面积A 和混凝土截面面积A 之
和；如式(2)所定义，式(2)中为约束效应系数(
= A f ／(A f。 )，f 为混凝土标准立方体强度，为
钢材屈服强度)；A 为加劲肋的横截面面积，为加劲
肋的屈服强度。
= (1．18+0．85~)Z (2)
。考虑了大宽厚比使构件轴压承载力折减。通