钢管混凝土偏压扭短柱承载力简化计算方法研究

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发布时间：2021-09-12

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钢管混凝土偏压扭短柱承载力简化计算方法研究
尧国皇黄用军宋宝东孙素文
(中建国际深圳设计顾问有限公司深圳518033)
摘要：在现有研究成果的基础上，推导了钢管混凝土偏压扭短柱极限承载力的计算公式，并对偏心率、扭矩比、
截面舍钢率、钢材屈服强度和混凝土强度等参数的影响规律进行分析，提出钢管混凝土偏压扭短柱极限承载力
的简化计算公式，其结果准确性高且偏于安全，可为相关工程提供参考。
关键词：钢管混凝土；偏压扭；承载力；简化计算
1 前言
钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混
凝土的基础上演变和发展而来的．由于钢管和混凝
土两种不同材料之间的相互作用．使得钢管混凝土
具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便、耐火性能
好、经济效益高等优点．在土建工程中的应用越来越
广．并取得良好的经济效益和建筑效果⋯。以往国内
外研究人员对钢管混凝土构件在轴压、纯弯和压弯
荷载作用下的力学性能和承载力计算进行了大量的
研究．还制定了相应的设计规程．对此进行了较全面
的综述。对纯扭、压扭、弯扭及压弯扭受力状态下的
工作性能也有一些研究报道 ]．但对压弯扭构件工
作机理的研究仍有必要深入进行
在以往的钢管混凝土构件研究成果的基础上．
文献[1]采用通用有限元法ABAQUS(Hibbitt，2003)ts]
对钢管混凝土构件在复杂受力状态下的工作性能进
行了较为深入的研究．其分析结果得到了实验结果
的验证有限元分析的建模方法和材料本构关系模
型的选取方法详见文献『1]，并在此基础上对钢管混
凝土构件承载力实用计算方法进行了研究．计算结
果与收集到的各类实验结果进行了比较．结果表明
两者吻合较好。文献『1]给出的钢管混凝土压弯扭
短柱承载力相关方程如下：
① 当帅 ≥277。 T二时
(Ⅳ／ +0·M／Mu)z4+( ) =1 (1)
② 当Ⅳ／ⅣI】<277。 __ 时
[一b·(Ⅳ／ⅣlJ) +c·Ⅳ／ⅣlJ+ 帆] +( ) ：1 (2)
式中：ⅣI 、眠、分别为钢管混凝土的轴压强度承载
力、抗弯承载力和抗扭承载力；计算系数a．b、c分别
按以下计算方法确定，即：a=l一277。，6=(1一 )／77 e2，
c=2·( 一1)／77。。其中，。和77。按下式计算确定：
· 。 77 = T二 ·77。(3)一(4)
。和77。的计算公式如下：
对于圆钢管混凝土： o=0．18 +l (5)
f0．5-77 0．2445 ( ≤0．4)
。 {0．1+0．14 m辫 ( >0．4) 0J
对于方钢管混凝土： o=1+0．14 (7)
刀：一0-3175~ ( ≤0·4 (8)
l0．1+0．134~4 (4>0．4)
式(1)～(2)的适用条件如下： =0．2～5．0 =235～
420MPa，Au=30～90MPa，口=0．04～0．2，各参数的具体
含义详见文献『1]。
从式(1)可见．如果已知钢管混凝土压弯扭短柱所
承受的轴力、弯矩和扭矩．则可较方便地验算其承载
力．但在实际结构中最常见的是偏压扭的受力状态，
采用以上隐式的计算公式就显得较不方便．因此进
行钢管混凝土偏压扭短柱极限承载力的简化计算方
法的研究是很有必要的
2 偏压扭短柱承载力计算方法的推导
以下以圆形截面钢管混凝土为例，推导钢管混
凝土偏压扭短柱极限承载力的计算方法。
① 当Ⅳ／ⅣI】≥277。 r_ 时，令M=N·e
(e为荷载偏心距)，代入式(1)可得：
(Ⅳ／ⅣI】+。·N·e／眠) 。+( ) =1 (9)
将上式移项并开方可得：
』v-(1／ⅣI】+。·CMu)= ㈣
令k= 厂r= ，且。·e ·e／( - ￡)3／32·
)=4air ·e／r·1 (其中g 为钢管混凝土抗弯强