CN108487542A - 钢管混凝土束组合构件稳定承载力计算方法 - Google Patents

Abstract

钢管混凝土束组合构件稳定承载力计算方法，所述的钢管混凝土束组合构件包括相互焊接的多个钢管单元，每个钢管单元具有空腔，空腔内浇筑混凝土，本发明方法具体步骤如下：首先通过计算得到纯压荷载作用下的正则化宽厚比，若大于宽厚比限值，则按照下列公式(1)计算四边支撑墙肢，按照公式(2)计算三边支撑墙肢。

Description

钢管混凝土束组合构件稳定承载力计算方法

技术领域：

本发明涉及结构设计技术领域，尤其涉及一种钢管混凝土束组合构件在纯压荷载作用下的正则化宽厚比不满足要求时的计算设计方法

背景技术：

钢管混凝土束组合结构是一种新型的钢与混凝土组合结构，较好地发挥钢材轻质高强、混凝土刚度大的优点，避免了钢构件稳定性差、混凝土脆性及刚度退化快的缺点。由于钢材和混凝土组合延性好，可以有效减少构件截面，建筑适应性强。钢管混凝土束组合构件是一种新型受力构件，其稳定承载力计算对于结构安全性至关重要。

目前通过板的屈曲稳定理论得到四边支承墙肢的稳定计算方法为：

其中各变量的含义是：

N——墙肢的轴心压力设计值；

M_x——墙肢的强轴方向弯矩设计值；

N_p——墙肢的受压承载力设计值；

M_ux——墙肢的强轴方向受弯承载力设计值；

——纯压荷载作用下墙肢稳定系数；

——纯弯荷载作用下墙肢稳定系数；

当纯压荷载作用下的正则化宽厚比不满足要求时，上述传统的稳定计算方法已不适用于钢管混凝土束组合构件，需要通过矩形板的屈曲稳定理论来得到的新的计算方法，才能保证钢管混凝土束组合构件的安全稳定。然而另外四边简支板件的稳定计算方法并没有考虑平面外弯矩的情况，同时也不适用于三边简支板件更是没有稳定的计算方法，因此原有的计算方法是偏于不安全的。

发明内容：

本发明要克服现有技术的上述缺点，提供一种在纯压荷载作用下的正则化宽厚比不满足要求时，钢管混凝土束组合构件稳定承载力计算方法。

本发明的钢管混凝土束组合构件稳定承载力计算方法，，所述的钢管混凝土束组合构件包括相互焊接的多个钢管单元，每个钢管单元具有空腔，空腔内浇筑混凝土，本发明方法首先通过计算得到纯压荷载作用下的正则化宽厚比，若大于宽厚比限值，则按照下列公式计算三边支撑墙肢和四边支撑墙肢：

四边支承墙肢：

三边支承墙肢：

式中：N——墙肢的轴心压力设计值；

M_x——墙肢的强轴方向弯矩设计值；

M_y——墙肢的弱轴方向弯矩设计值；

N_p——墙肢的受压承载力设计值；

M_ux——墙肢的强轴方向受弯承载力设计值；

M_uy——墙肢的弱轴方向受弯承载力设计值；

——纯压荷载作用下墙肢稳定系数；

——纯弯荷载作用下墙肢稳定系数；

λ_pN——纯压荷载作用下墙肢正则化宽厚比；+

λ_pM——纯弯荷载作用下墙肢正则化宽厚比；

γ——系数，无地震作用组合时，γ＝γ₀；地震作用组合时，γ＝γ_RE＝0.8；

本发明的优点是更为全面地解决了钢管束混凝土组合结构的稳定承载力的设计计算问题，提供了四边支承和三边支承墙肢的稳定计算方法，同时考虑了平面外弯矩的作用，钢管束混凝土组合结构的可靠性和安全性得到了提高。

说明书附图

图1a是钢管混凝土束组合构件立面图，

图1b是钢管混凝土束组合构件侧视图，

图1c是钢管混凝土束组合构件平面图，

图中N表示轴向压力；Mx表示钢管混凝土束剪力墙面内弯矩；My表示钢管混凝土束剪力墙面外弯矩。

图2a～图2d是钢管混凝土束剪力墙腹板墙肢和翼缘墙肢的宽度示意，

其中图2a是T形截面，

图2b是L形截面，

图2c是槽形截面，

图2d是工字形截面，

图中bf1、bf2、bf3、bf4、bw均墙肢宽度，与公式中的相关参数(bf、bw)对应。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。

本发明的钢管混凝土束组合构件稳定承载力计算方法，所述的钢管混凝土束组合构件包括相互焊接的多个钢管单元，每个钢管单元具有空腔，空腔内浇筑混凝土，本发明方法具体步骤如下：

步骤一.验算纯压荷载作用下的正则化宽厚比；

先通过已有公式计算得到纯压荷载作用下的正则化宽厚比λ_pN，其计算公式及过程如下：

式中：N_y——墙肢的轴心受压承载力标准值；

N_cr——墙肢轴心受压时的临界压力；

f_ck——混凝土的抗压强度标准值；

D——墙肢的抗弯刚度；

b——墙肢的宽度，对截面的翼缘墙肢和腹板墙肢分别为b_f和b_w；

t——墙肢的厚度；

t_s——钢管束壁厚；

f_y——钢板的抗压强度标准值；

A_s——钢管束壁面积；

A_c——钢管束内混凝土面积；

E_s、E_c——钢材、混凝土的弹性模量；

μ_s、μ_c——钢材、混凝土的泊松比；

其中k值按下式计算

三边支承墙肢：

受压：

四边支承墙肢：

受压：

当时：

当时：k＝4

b——墙肢的宽度，对截面的翼缘墙肢和腹板墙肢分别为b_f和b_w；

h_s——层高；

当λ_pN大于表1时按实际情况采用本发明公式四边支承(1)或三边支承(2)公式验算

表1钢管混凝土束剪力墙的墙肢正则化宽厚比限值

步骤二.根据实际情况验算钢管混凝土束墙肢；

当实际情况为四边支承墙肢时验算

当实际情况为三边支承墙肢时验算

其中

本发明公式中λ_pM与λ_pN计算公式相同，仅为k值计算不同。

三边支承墙肢：

受弯：

四边支承墙肢：

受弯：k＝23.9

上述公式中的Mux与Muy可以根据下列公式计算：

M_ux＝κ₁[0.5A_s(h-2t_s-d_nx)+bt_s(t_s+d_nx)]f (5)

M_uy＝κ₁[0.5A_s(b-2t_s-d_ny)+ht_s(t_s+d_ny)]f (7)

式中：γ——系数，无地震作用组合时，γ＝γ₀；地震作用组合时，γ＝γ_RE，钢管混凝土束剪力墙的承载力抗震调整系数γ_RE取为0.80；

M_ux——只有强轴(x轴)弯矩作用时净截面的受弯承载力设计值；

M_uy——只有弱轴(y轴)弯矩作用时净截面的受弯承载力设计值；

f——钢材抗弯强度设计值；

b、h——分别为钢管混凝土束剪力墙截面平行、垂直于弯曲轴的边长；

t_s——钢管壁厚；

d_nx——只有强轴(x轴)弯矩作用时管内混凝土受压区高度；

d_ny——只有弱轴(y轴)弯矩作用时管内混凝土受压区高度；

f_c——混凝土的抗压强度设计值；

κ₁——系数：当h≤6b时，κ₁＝1；当h≥20b时，κ₁＝0.8；当6b＜h＜20b时，κ₁按线性内插法确定；

A_sn——管内混凝土的截面面积。

通过本发明公式验算后，可以最大限度地保证钢管混凝土束组合结构的安全性能，避免了原有公式的局限性。

以上实施方式用于说明本发明公式的应用条件，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (1)

1.钢管混凝土束组合构件稳定承载力计算方法，所述的钢管混凝土束组合构件包括相互焊接的多个钢管单元，每个钢管单元具有空腔，空腔内浇筑混凝土，具体步骤如下：

步骤一.验算纯压荷载作用下的正则化宽厚比λ_pN；

式中：N_y——墙肢的轴心受压承载力标准值；

N_cr——墙肢轴心受压时的临界压力；

f_ck——混凝土的抗压强度标准值；

D——墙肢的抗弯刚度；

b——墙肢的宽度，对截面的翼缘墙肢和腹板墙肢分别为b_f和b_w；

t——墙肢的厚度；

t_s——钢管束壁厚；

f_y——钢板的抗压强度标准值；

A_s——钢管束壁面积；

A_c——钢管束内混凝土面积；

E_s、E_c——钢材、混凝土的弹性模量；

μ_s、μ_c——钢材、混凝土的泊松比；

其中k值按下式计算

三边支承墙肢：

受压：

四边支承墙肢：

受压：

当时：

当时：k＝4

b——墙肢的宽度，对截面的翼缘墙肢和腹板墙肢分别为b_f和b_w；

h_s——层高；

当λ_pN大于表1时按实际情况采用本发明公式四边支承(1)或三边支承(2)公式验算

表1钢管混凝土束剪力墙的墙肢正则化宽厚比限值

步骤二.根据实际情况验算钢管混凝土束墙肢；

当实际情况为四边支承墙肢时验算

当实际情况为三边支承墙肢时验算

其中

λ_pM与λ_pN计算公式相同，仅为k值计算不同。

三边支承墙肢：

受弯：

四边支承墙肢：

受弯：k＝23.9

Mux与Muy可以根据下列公式计算：

M_ux＝κ₁[0.5A_s(h-2t_s-d_nx)+bt_s(t_s+d_nx)]f (5)

M_uy＝κ₁[0.5A_s(b-2t_s-d_ny)+ht_s(t_s+d_ny)]f (7)

式中：γ——系数，无地震作用组合时，γ＝γ₀；地震作用组合时，γ＝γ_RE，钢管混凝土束剪力墙的承载力抗震调整系数γ_RE取为0.80；

M_ux——只有强轴(x轴)弯矩作用时净截面的受弯承载力设计值；

M_uy——只有弱轴(y轴)弯矩作用时净截面的受弯承载力设计值；

f——钢材抗弯强度设计值；

b、h——分别为钢管混凝土束剪力墙截面平行、垂直于弯曲轴的边长；

t_s——钢管壁厚；

d_nx——只有强轴(x轴)弯矩作用时管内混凝土受压区高度；

d_ny——只有弱轴(y轴)弯矩作用时管内混凝土受压区高度；

f_c——混凝土的抗压强度设计值；

κ₁——系数：当h≤6b时，κ₁＝1；当h≥20b时，κ₁＝0.8；当6b＜h＜20b时，κ₁按线性内插法确定；

A_sn——管内混凝土的截面面积。