钢管发泡混凝土构件径厚比的确定及应用

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发布时间：2021-09-12

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钢管发泡混凝土构件径厚比的确定及应用
Determination and Application of Diameter—thickness Ratio of
Steel Tube Cellular Concrete Component
孔繁力，李洪伟，王诚志，崔国玉，王春
(1．东北电力设计院，长春 130021；2．黑龙江省电力经济技术研究院，哈尔滨 150036)
摘要：通过对薄壁钢管与内部发泡混凝土的相互作用分析，可以得出钢管发泡混凝土构件的应力一应变关系及二
者问的作用力，推导出钢管出现局部屈曲的临界应力和临界径厚比；参照以往钢管制作工艺的研究成果，确定出钢
管加工制作要求的最大径厚比。以上二者结合，可以确定钢管发泡混凝土构件径厚比为180，从而突破GB 50017—
2003{钢结构设计规范》规定的径厚比的限制。钢管发泡混凝土构件，由于发泡混凝土很轻(密度300～500 kg／m。，
又可以制成实心或空心钢管发泡混凝土构件，使得管材非常轻便。由于采用了高强钢，钢材使用量降低近5O ，经
济、社会效益非常显著，可以广泛用于送电工程的钢管杆、变电工程的构架柱、构架梁、支架等结构。
关键词：钢管发泡}昆凝土；薄壁钢管；径厚比
Abstract：According to the analysis on interaction between thin wall circular steel tube and internal cellular
concrete，the stress—strain relationship and m utual acting forces have been obtained．Critical stress for local yielding
and critical diameter thickness ratio have been conducted． The maximum diameter—thickness ratio of steel tube
under permitted deflection range has been conducted．The diameter—thickness ratio of steel tube cellular concrete
com ponent has been determined as 18O，which breaks the limited ratio of GB 50017-2003 Code for design of steel
structures．The component of steel tube＆ cellular concrete is light because of the density of cellular concrete is
low．The consumption of steel has been reduced 50 because of the application of high strength stee1．W ith
apparent social and economic benefits，this kind of component could be widely applied as steel tube pole frame
column，frame beam and supporter in power transmission and substation projects．
Key words：steel tube cellular concrete；thin wall circular steel tube；diameter thickness ratio
中图分类号：TU528．2 文献标志码：A 文章编号：1009—5306(2014)02—0012—04
因钢管内部发泡混凝土的存在，使得薄壁钢管
局部缺陷得以“补偿”，从而可以大大提高径厚比的
限值。而我国钢管混凝土结构相关规程Ⅲ】规定钢管
J _ r _ _ _ _ _ — —
的径厚比d／t宜控制在2o～85√235／~(fy为钢材
牌号所指屈服点)，是为防止空钢管受力时管壁局部
失稳而定出的，这比我国钢结构设计规范规定的
钢管外径与壁厚之比不应超过100(fy／235)还严
格。近年来，国内外的试验研究表明_f3。，由于内填混
凝土的存在，径厚比远超上述限值的薄壁钢管发泡
混凝土柱均没有发生管壁的局部屈曲破坏，同样，钢
管发泡混凝土结构的试验也获得了类似的结果。为
开展薄壁钢管发泡混凝土柱的轴压工作性能和应用
研究，需要从理论上分析上述现象，并定量给出轴心
受压薄壁圆钢管发泡混凝土柱的管壁临界径厚比。
1 钢管及发泡混凝土的计算模型
钢管发泡混凝土的工作机理的关键是按照发泡
混凝土和钢管2种材料的特点区分出各自不同的工
作阶段。发泡混凝土是一种应用广泛的建筑材料，其
特点是材料组成的不均匀性，且存在天生的微裂缝，
由此决定了其特征性是：微裂缝发展、运行从而构成
较大的宏观裂缝，继之宏观裂缝继续发展，最终导致
结构破坏。发泡混凝土的这种特征决定了其工作性
能的复杂性。在钢管发泡混凝土中，核心发泡混凝土
受到外包钢管的约束，钢管和发泡混凝土存在相互