钢管混凝土轴压构件抗火承载力的计算

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发布时间：2021-09-12

资料介绍

钢管混凝土轴压构件抗火承载力的计算
李国强贺军利
（同济大学上海!"""#!）
韩林海
（哈尔滨建筑大学$%""#"）
［提要］采用&’’(的计算模型和单元分析的计算模式，利用计算机程序，经过大量统计分析与计算，得到了钢管
混凝土轴压构件抗火承载力的回归计算公式，并与国内外的结果对比，吻合较好，适于应用。
［关键词］钢管混凝土轴压抗火承载力
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一、前言
目前，国内外对钢管混凝土柱的抗火性能已进
行了较深入的研究，但大多数都集中在对它的耐火
极限（时间）的研究上，而对它的抗火承载力研究得
较少，而从结构工程这一学科来说，抗火承载力这一
概念应用起来会更方便、更广泛。最近，英国学者提
出了计算温度场、极限承载力和截面抗弯刚度的简
化计算公式［$］，在给定任意标准升温条件下的升温
时刻，根据公式的计算，可求出轴压稳定抗火承载
力。该方法具有一定的局限性。第一，在求截面刚
度时，只是将钢管、混凝土高温时的抗弯刚度简单叠
加在一起，没有考虑两者的组合作用；第二，求稳定
承载力用到的稳定系数，是经过与实验结果对比后
选用的常温情况之一，因而具有一定的近似性；第
三，该方法必须求温度场，计算较麻烦。实际上，对
某一钢管混凝土柱在给定的标准升温条件下的耐火
时间来说，截面温度场是一定的，其抗火承载力也是
一定的，两者存在一一对应的关系，只不过随着升温
时间的增加，温度场各点的温度不断升高，构件抗火
承载力不断下降而已。因此，只要一步能求出构件
的抗火承载力，就没必要再求温度场。
本文根据钢管和混凝土高温时的应力<应变关
系，利用数值方法编制了计算钢管混凝土在标准升
温时抗火承载力的计算程序，经过大量统计分析和
计算，考虑了主要的影响因素，得到了与常温承载力
形式相似的钢管混凝土轴压构件抗火承载力的公
式，使用方便，与试验结果对比，符合较好。
二、高温下钢管和混凝土的应力<应变关系
$D钢管
采用&’’(建议的模型［!］，包括两个基本参数：
屈服强度!;E
，弹性模量"E
，具体表达式为：
!;E# $$
%5
FGF*2（%5
／$F%"
（））!;
"EH（$I$F@!J$"I$!%K
5L$$@MJ$"I#%N
5
INK@%J$"IF%!
5L$%@#J$"I%%5
）"
（"O!%5!G""O）
式中：%5
为钢构件的温度，O；!;
为常温下钢材的
屈服强度，P／//!；!;E
为温度%5
时钢材的屈服强
度，P／//!；" 为常温下钢材的弹性模量，P／//!；
"E
为温度%5
时钢材的弹性模量，P／//!。
!D混凝土
采用文［N］中高温时的混凝土的应力<应变关系：
!#!" &（"／""
）’(（"／" ）
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， ##$D$!
（" $"" %
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’
）
其中各符号具体含义见文［N］，当%H"时，即变为
常温下的!+" 关系。
三、内力分析
分析构件在高温下的承载力时，采用下列基本假
定：$）在任何时刻温度场作用下，构件截面保持为平
面；!）忽略拉区混凝土的抗拉作用；N）构件轴线挠曲
线为正弦半波曲线；K）忽略混凝土的热徐变。
取一半截面作为研究对象，单元划分如图$所
示，径向被划分成, L$份，其中, 份为混凝土，$
份为钢管。环向被划分成- 份，则半个截面被划分
成（,L$）- 个单元，从而可求出混凝土单元的面积
&.
和坐标/.0
，钢管单元的面积&5
及坐标/50
。
设截面形心的应变是""
，曲率是%，则第.0 单