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6.實心圓形鋼管混凝土構(gòu)件承載力設(shè)計6。1、單肢柱軸心受力承載力計算6 1 1 6。1、2.本章對鋼管混凝土柱承載力的計算采用基于實驗的極限平衡理論、其主要特點(diǎn)是,1、不以柱的某一臨界截面作為考察對象,而以整長的鋼管混凝土柱，即所謂單元柱,作為考察對象。視之為結(jié)構(gòu)體系的基本元件,2,應(yīng)用極限平衡理論中的廣義應(yīng)力和廣義應(yīng)變概念，在試驗觀察的基礎(chǔ)上.直接探討單元柱在軸力,N、和柱端彎矩.M,這兩個廣義應(yīng)力共同作用下的廣義屈服條件，這樣做的好處是?？蔁o需確知組成材料.鋼管和核心混凝土.的本構(gòu)關(guān)系.可避免探求鋼管混凝土臨界截面在非均勻應(yīng)變下的應(yīng)力分布圖和對之進(jìn)行積分等繁難程序 可繞過探求附加撓度和二階力矩對臨界截面極限強(qiáng)度的影響，即所謂 P,效應(yīng) 這一從理論上和實驗上都難于盡善處理的問題、同時可以較方便地統(tǒng)一描述鋼管混凝土柱的，a，材料強(qiáng)度破壞.b 失穩(wěn)破壞 包括彈性失穩(wěn)和非彈性失穩(wěn),和 c,變形過大,例如撓度超過桿件跨長的1,50.而不適于繼續(xù)承載等三種破壞形態(tài).從而可直接在實驗觀察的基礎(chǔ)上,建立起簡明實用的承載力計算公式和設(shè)計方法、影響鋼管混凝土柱極限承載能力的主要因素,諸如.a,鋼管對核心混凝土的套箍強(qiáng)化，b.柱的長細(xì)比,c 荷載偏心率.d、柱端約束條件，轉(zhuǎn)動和側(cè)移、和，e.沿柱身的彎矩分布梯度等,在計算中都可作出恰當(dāng)?shù)目紤].軸壓柱和偏壓柱。短拄和長柱都統(tǒng)一表達(dá)在整套計算公式中。手算即可完成.無需圖表輔助,十分便捷.將長徑比、L D.4的鋼管混凝土柱定義為短柱,可忽略其受壓極限狀態(tài)的壓曲效應(yīng)，即.P,效應(yīng)、影響.其軸心受壓的破壞荷載 最大荷載 記為.N0，是鋼管混凝土柱承載力計算的基礎(chǔ)、短柱軸心受壓極限承載力.N0，的計算公式。6，1.2 2、和 6.1,2。3，系在總結(jié)國內(nèi)外約480個試驗資料的基礎(chǔ)上，用極限平衡法導(dǎo)得的 公式，6、1 2 2.中的，α,系數(shù)的取值。主要與混凝土強(qiáng)度等級有關(guān) 經(jīng)大量試驗資料歸納分析,并考慮到計算的簡便,α,系數(shù)的取值較原規(guī)范有所調(diào)整,對普通混凝土。C50,取 α.2。0,對高強(qiáng)混凝土、C50，C80。取,α、1,8。圖8 圖9、試驗結(jié)果和理論分析表明。該公式對于.a 鋼管與核心混凝土同時受載 b,僅核心混凝土直接受載,c。鋼管在彈性極限內(nèi)預(yù)先受載 然后再與核心混凝土共同受載等加載方式均話用,圖8 鋼管混凝土短柱極限強(qiáng)度實測值與理論值的比較圖9,鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱極限強(qiáng)度實測值與理論值的比較 公式、6，1，2。2，和，6、1.2、3、右端的系數(shù)0.9,是參照新頒國家標(biāo)準(zhǔn)，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.GB，50010為提高包括螺旋箍筋柱在內(nèi)的各種鋼筋混凝土受壓構(gòu)件的安全度而引入的附加系數(shù),公式、6,1 2。1.的雙系數(shù)乘積規(guī)律是根據(jù)一系列試驗結(jié)果確定的。經(jīng)用國內(nèi)外大量試驗結(jié)果 約360個，復(fù)核,證明該公式與試驗結(jié)果符合良好,在壓彎柱的承載力計算中 采用該公式后 可避免求解 M。N 相關(guān)方程.從而使計算大為簡化。用雙系數(shù)表達(dá)的承載力變化規(guī)律也更為直觀。值得強(qiáng)調(diào)指出,套箍效應(yīng)使鋼管混凝土柱的承載力較普通鋼筋混凝土柱有大幅度提高,可達(dá)30 50、相應(yīng)地，在使用荷載下的材料使用應(yīng)力也有同樣幅度的提高.經(jīng)試驗觀察和理論分析證明，在本規(guī)范規(guī)定的套箍系數(shù)。θsc,3和本規(guī)范所設(shè)置的安全度水平內(nèi)，鋼管混凝土柱在使用荷載下仍然處于彈性工作階段 符合極限狀態(tài)設(shè)計原則的基本要求 不會影響其使用質(zhì)量.圖10為相同長度的標(biāo)準(zhǔn)單元柱與非標(biāo)準(zhǔn)單元柱的.M、N。相關(guān)曲線的比較,可以看出 當(dāng)偏心率小于某一數(shù)值以后,圖中E點(diǎn)所對應(yīng)者、非標(biāo)準(zhǔn)單元柱的極限承載能力。Nu.將會高于標(biāo)準(zhǔn)單元柱在軸心受壓時的極限承載能力，當(dāng)偏心率更小以致趨近于零時 非標(biāo)準(zhǔn)單元柱的極限承載能力必然又趨近于標(biāo)準(zhǔn)單元柱軸心受壓時的極限承載能力。其。M.N 相關(guān)曲線是一條有峰值點(diǎn)、D.的 ADE,曲線 由于。ADE.所代表的承載能力的提高。是以有彎矩。M 的同時存在為前提的、是不穩(wěn)定的。一旦彎矩消失或減弱 就會引起承載能力的突然下降。為避免這種危險。特規(guī)定了在任何情況下都應(yīng)遵守式，6.1。2.5，φlφe。φ0的限制條件、圖10,相同長度的標(biāo)準(zhǔn)單元柱與非標(biāo)準(zhǔn)單元柱的 M.N，相關(guān)曲線6 1.3、由極限平衡理論可知,鋼管混凝土標(biāo)準(zhǔn)單元柱在軸力.N,和端彎矩,M.共同作用下的廣義屈服條件.在，M.N 直角坐標(biāo)系中可以足夠精確地簡化為兩條直線,AB，和,BC，圖11 直線。AB。與、N、軸的交點(diǎn)為鋼管混凝土柱的軸心受壓承載力 φlN0，直線 BC。與 M、軸的交點(diǎn)為鋼管混凝土柱的純彎承載力。M0.根據(jù)大量試驗資料 可建立該二條直線的方程式為圖11，M N.相關(guān)曲線，以。M,Ne0和由試驗確定的.M0。0。3N0rc代入方程.38,和，39、并定義、經(jīng)簡單變換后 即得、此即本規(guī)范公式,38。和。40、如令、40、41、二式的、φe.相等 即得界限偏心率。6、1、4.本規(guī)范公式。6 1 4.1 是總結(jié)國內(nèi)外大量試驗結(jié)果.約340個，得出的經(jīng)驗公式.對于普通混凝土,在,L0、D、50的范圍內(nèi) 對于高強(qiáng)混凝土.在.L0，D。20的范圍內(nèi).該公式的計算值與試驗實測值均符合良好,圖12.圖13 從現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)看.鋼管徑厚比 D、t。鋼材品種以及混凝土強(qiáng)度等級或套箍系數(shù)等的變化、對。φl、值的影響無明顯規(guī)律、其變化幅度都在試驗結(jié)果的離散程度以內(nèi)。故公式中對這些因素都不予考慮 為合理地發(fā)揮鋼管混凝土抗壓承載能力的優(yōu)勢、本規(guī)范對柱的長徑比作了.L、D，20的限制。圖12，長細(xì)比對軸心受壓柱承載能力的影響圖13,考慮長細(xì)比影響的折減系數(shù)試驗值與計算曲線比較、高強(qiáng)混凝土。6。1，5,6。1,6,本條的等效計算長度考慮了柱端約束條件 轉(zhuǎn)動和側(cè)移,和沿柱身彎矩分布梯度等因素對柱承載力的影響,柱端約束條件的影響。借引入、計算長度.的辦法予以考慮、與國家標(biāo)準(zhǔn),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范、GB、50017所采用的辦法完全相同 其中有側(cè)移框架和無側(cè)移框架的判定標(biāo)準(zhǔn)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，GB。50017采用，為考慮沿柱身彎矩分布梯度的影響.在實用上可采用等效標(biāo)準(zhǔn)單元柱的辦法予以考慮 即將各種一次彎矩分布圖不為矩形的兩端鉸支柱以及懸臂柱等非標(biāo)準(zhǔn)柱轉(zhuǎn)換為具有相同承載力的一次彎矩分布圖呈矩形的等效標(biāo)準(zhǔn)柱 我國,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 GB。50017和國外的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。例如美國。ACI，混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范,采用的是等效彎矩法,即將非標(biāo)準(zhǔn)柱的較大端彎矩予以縮減 取等效彎矩系數(shù)、c。1，相應(yīng)的柱長保持不變.圖14a.本規(guī)范采用的則是等效長度法、即將非標(biāo)準(zhǔn)柱的長度予以縮減,取等效長度系數(shù)、k。1、相應(yīng)的柱端較大彎矩.M2.保持不變。圖14b,兩種處理辦法的效果應(yīng)該是相同的，本規(guī)范采用等效長度法 在概念上更為直觀.對于在實驗中觀察到的雙曲壓彎下的零撓度點(diǎn)漂移現(xiàn)象，更易于解釋。圖14、非標(biāo)準(zhǔn)單元柱的兩種等效轉(zhuǎn)換法，本條所列的等效長度系數(shù)公式 是根據(jù)專門的試驗結(jié)果建立的經(jīng)驗公式、6.1。7,本條采用的拱的等效計算長度的計算方法,乃中外有關(guān)規(guī)范所通用 這里忽略沿拱身彎矩分布圖對拱整體剛度的影響.是偏于安全的、6.1。8.雖然鋼管混凝土柱的優(yōu)勢在抗壓.只宜作受壓構(gòu)件,但在個別特殊工況下、鋼管混凝土柱也可能有處于受拉狀態(tài)的時候，為驗算這種工況下的安全性。本規(guī)范規(guī)定了鋼管混凝土柱軸心受拉。軸心受拉和偏心受拉，承載能力的計算方法。在受拉區(qū)采用了直線形狀的.N,M、相關(guān)方程，其軸心受拉承載力僅考慮鋼管的作用，受彎承載力取 Mu 0、3rcN0，與壓彎段銜接.