方中空夹层钢管混凝土压扭构件承载力计算方法研究

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发布时间：2021-09-11

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方中空夹层钢管混凝土压扭构件承载力计算方法研究
郭立湘，李婷，杨建，黄宏
(1．江西杭萧钢构有限公司，江西南昌330013；2．华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013；
3．青岛理工大学(临沂)土建工程系，山东临沂273400)
摘要：在有限元计算结果得到既有试验结果验证的基础上，采用有限元法分析各参数对方中空夹层钢管
混凝土压扭构件一N／N 相关曲线的影响。分析表明，长细比变化时对一N／N 相关曲线影响
较显著，而内外钢管强度、混凝土强度、空心率、内管径厚比和名义含钢率变化时对其影响不明显。在此
基础上，提出了方中空夹层钢管混凝土压扭构件承载力简化计算方程，将简化计算值与有限元计算值、
试验值进行比较，吻合良好，可为工程设计提供参考。
关键词：中空夹层钢管混凝土压扭有限元承载力
中图分类号：TU398 ．9 文献标识码：A DOI：10．3969／j．issn．1003-1995．2014．07．02
上世纪90年代后，一种将混凝土浇注在两根同心
放置的钢管之间的组合结构—— 中空夹层钢管混凝土
以其特有的优点被广泛运用于实际工程当中；当高耸
结构、厂房柱、送变电杆塔等受压构件在地震荷载作用
下，构件将同时受到压力和扭矩的共同作用。。采
用有限元法可以较为精确地计算中空夹层钢管混凝土
压扭构件承载力，但是计算过程繁杂，耗费时间较长，
不适合推广至工程实践当中，因此有必要提出压扭构
件承载力简化计算方法。本文将针对外钢管截面为方
形，内钢管截面为圆形的方中空夹层钢管混凝土压扭
构件承载力简化计算方法进行研究。
国内外已有较多学者对钢管混凝土扭转、压扭等
构件承载力计算的研究报道。韩林海等提出了钢
管混凝土压扭、弯扭构件的承载力简化计算方程及纯
扭构件承载力简化计算公式。金伟良等提出了薄
壁离心钢管混凝土纯扭构件扭矩一转角全过程曲线三
阶段的承载力简化计算方法。袁伟斌等提出了离
心钢管混凝土弯扭构件承载力相关方程。王宇航
等基于“分层筒”理论，提出了钢管混凝土纯扭构件
的承载力简化计算公式、压扭构件承载力相关方程。
对于中空夹层钢管混凝土扭转构件承载力简化计算的
研究已有报道，而对于中空夹层钢管混凝土压扭构
件承载力简化计算方法的研究尚无报道。
收稿日期：2o13．12．02；修回日期：2014，03—20
基金项目：国家自然科学基金资助项目(51008122，51378206)；江西省
青年科学家培养对象计划项目(20133BCB23015)；江西省教
育厅科技计划落地项目(赣财教(2011)243号)
作者简介：郭立湘(1974一)，男，湖南株洲人，高级工程师，硕士。
本文在有限元计算结果得到既有试验结果验证的
基础上，通过有限元法分析外钢管强度、内钢管强度、
混凝土强度、空心率、内管径厚比、名义含钢率、长细比
各参数对方中空夹层钢管混凝土压扭构件一
Ⅳ／Ⅳ
。相关曲线的影响。在此基础上，提出压扭构件承
载力相关方程，并将简化计算值与有限元计算值、试验
值进行比较分析，以验证简化计算方程的可靠性。
1 试验简介
本课题组以长细比、空心率和轴压比为变化参数，
对6根方中空夹层钢管混凝土和1根方钢管混凝土构
件进行了压扭试验研究，试件参数见表1。表中为
试件长度，和t 分别为外钢管的边长和管壁厚度，
D 和t 分别为内钢管的直径和管壁厚度，。和分别
为外钢管和内钢管的屈服强度，为混凝土的立方体
抗压强度，A为长细比(A=L／i，i为截面回转半径)，
为空心率( =D ／(B。一2t。))，n为轴压比(n=Ⅳ／Ⅳ ，
Ⅳ 为试件所受轴力，Ⅳ 为轴心受压强度承载力)，T 为
抗扭强度承载力试验值，为抗扭承载力有限元计算
值，为抗扭承载力简化计算值。采用有限元法对试
件进行分析计算(有限元建模方法同文献[9])，将有
限元计算结果与试验所测得的扭矩一转角曲线进行比
较，可得有限元计算曲线与试验所测得曲线吻合，通过
计算可得／的平均值为0．960，均方差0．072，可
知试件抗扭承载力的有限元计算值与试验值吻合良
好。图1给出了试件SDL．4，SL一4的有限元计算与试
验所测得的扭矩一转角关系曲线，实线为有限元计算
所得曲线，虚线为试验所测得曲线¨ 。