CN112307412B - 复合受力状态下的宽钢管混凝土弱轴极限承载判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合受力状态下的宽钢管混凝土弱轴极限承载判断方法。首先采用以下公式计算宽钢管混凝土柱的截面受压承载力；采用以下公式计算宽钢管混凝土柱的混凝土工作承担系数；然后采用以下公式判断宽钢管混凝土柱在轴力和弱轴弯矩联合作用下的截面极限承载力并采取措施提高稳定性。本发明全面解决了宽钢管混凝土柱截面的弱轴压弯和拉弯极限承载力计算问题，具有更高的精度，并采取措施提高稳定性，极大提高了宽钢管混凝土结构的准确性。

Description

复合受力状态下的宽钢管混凝土弱轴极限承载判断方法

技术领域

本发明属于结构设计技术领域的一种宽钢管混凝土柱截面极限承载判断方法，具体涉及一种宽钢管混凝土柱(截面高宽比大于2)轴力和弱轴弯矩联合作用下承载力判断方法。

背景技术

钢管混凝土柱通过在空钢管中填充混凝土而形成，按截面形式不同可分为圆钢管混凝土柱，方、矩形钢管混凝土柱等，图1为宽钢管混凝土柱。在受力过程中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度和变形能力；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲，因此钢管混凝土柱具有优异的力学性能，具体表现为高承载力、高延性的特点。

关于压弯荷载作用下矩形钢管混凝土柱的极限承载力计算，《矩形钢管混凝土结构技术方法》(CECS159:2004)作出了相关规定，但现有的计算方法适用于高宽比在2以内的情况，因此存在一定程度的缺陷。CECS159:2004计算压弯、拉弯矩形钢管混凝土柱的计算公式比较保守，将实际接近抛物线的轴力弯矩相关曲线简化为节点相连的三折线。

发明内容

为了克服现有方法的不足，提高结构处理的合理性，本发明提供一种轴力和弱轴弯矩联合作用下的宽钢管混凝土弱轴极限承载判断方法，解决了现有技术中承载判断不准确、导致结构安全性过于富余的问题，该方法准确度好，适用范围广泛。

本发明采用的技术方案是：

所述宽钢管混凝土柱为承受单向压弯或拉弯荷载的钢管混凝土柱；

1)首先采用以下公式计算宽钢管混凝土柱的截面受压承载力P_p：

P_p＝f*A_s+f_c*A_c

式中：

f_c——混凝土轴心抗压强度；

A_c——混凝土截面面积；

A_s——钢管截面面积；

f——钢材强度设计值；

P_p——轴心抗压承载力；

2)然后采用以下公式计算宽钢管混凝土柱的混凝土工作承担系数α_c：

α_c——混凝土工作承担系数；

3)然后采用以下公式判断宽钢管混凝土柱在轴力和弱轴弯矩联合作用下的截面极限承载力：

式中：P——轴心压力设计值；

M_y——弱轴弯矩设计值；

M_Py0——只有弯矩作用时截面的弱轴受弯承载力；

4)若满足3)中的公式条件，则宽钢管混凝土柱在弯曲平面内的承载稳定，不作调整；

若不满足2)中的公式条件，则宽钢管混凝土柱在弯曲平面内的承载不稳定；若不稳定，则增加宽钢管混凝土柱的截面尺寸，可增加长边或者短边或者两者共同，增加宽钢管混凝土柱的壁厚，即钢管壁厚。

弯曲轴分为强轴x和弱轴y，强轴x平行宽钢管混凝土柱横截面的矩形短边，宽钢管混凝土柱的矩形长边所在柱面承受单向压弯荷载。弱轴y平行宽钢管混凝土柱横截面的矩形长边，宽钢管混凝土柱的矩形短边所在柱面承受单向压弯荷载。

所述的宽钢管混凝土柱是由宽钢管和在宽钢管内部浇筑混凝土而成。

所述的宽钢管混凝土柱的横截面长边与短边比值在2.0～3.5之间。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明全面解决了宽钢管混凝土柱截面的弱轴压弯和拉弯极限承载力计算问题。

2、本发明提出的判断相比现有技术具有更高的精度，并根据承载判断结果采取措施提高承载，结果与数值结果非常吻合，极大提高了宽钢管混凝土结构处理的合理性。

本发明可广泛应用于竖向构件全部或部分采用宽钢管混凝土柱的各类建筑。

附图说明

图1为本发明适用的宽钢管混凝土柱结构示意图。

图2为宽钢管混凝土柱的α_c＝0.25,h/b＝3时，现有方法公式与本发明新公式的承载力处理对比图。

图3为宽钢管混凝土柱的α_c＝0.4,h/b＝3时，现有方法公式与本发明新公式的承载力处理对比图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明实施例及其具体步骤如下：

如图1所示，宽钢管混凝土柱是由宽钢管1和在宽钢管1内部浇筑混凝土2而成。

为验证本发明方法的合理性和有效性，选取两个算例进行分析，如图2和图3所示，分别设置参数为α_c＝0.25,h/b＝3及α_c＝0.4,h/b＝3。

先假定α_c＝0.25，h/b＝3进行分析。然后改变α_c值，假定α_c＝0.4,h/b＝3再次进行分析。

图上给出了CECS159:2004现有方法的计算曲线以及本发明新公式计算得到的曲线。通过曲线之间的对比可知，偏于保守，因此按照现有方法会导致材料浪费，额外增加结构的材料用量。

从图中对比可知，CECS159:2004现有方法给出的处理考虑了较大的安全系数，过于保守。相比之下，采用本发明公式计算的宽钢管混凝土柱的承载力范围完全覆盖规范的计算结果，可以使得结构安全范围得到有效提升，避免出现使用现有方法造成的材料浪费和结构整体刚度过大的问题。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.一种复合受力状态下的宽钢管混凝土柱弱轴极限承载判断方法，其特征在于：所述宽钢管混凝土柱为承受单向压弯或拉弯荷载的钢管混凝土柱；

1)首先采用以下公式计算宽钢管混凝土柱的截面受压承载力P_p：

P_p＝f*A_s+f_c*A_c

式中：

f_c——混凝土轴心抗压强度；

A_c——混凝土截面面积；

A_s——钢管截面面积；

f——钢材强度设计值；

P_p——宽钢管混凝土柱的截面受压承载力；

2)然后采用以下公式计算宽钢管混凝土柱的混凝土工作承担系数α_c：

α_c——混凝土工作承担系数；

3)然后采用以下公式判断宽钢管混凝土柱在轴力和弱轴弯矩联合作用下的截面极限承载力：

式中：P——轴心压力设计值；

M_y——弱轴弯矩设计值；

M_Py0——只有弯矩作用时截面的弱轴受弯承载力；

4)若满足3)中的公式条件，则宽钢管混凝土柱在弯曲平面内的承载稳定；

若不满足3)中的公式条件，则宽钢管混凝土柱在弯曲平面内的承载不稳定，则增加宽钢管混凝土柱的截面尺寸，增加宽钢管混凝土柱的壁厚。

2.根据权利要求1所述的一种复合受力状态下的宽钢管混凝土柱弱轴极限承载判断方法，其特征在于：所述的宽钢管混凝土柱是由宽钢管和在宽钢管内部浇筑混凝土而成。

3.根据权利要求1所述的一种复合受力状态下的宽钢管混凝土柱弱轴极限承载判断方法，其特征在于：所述的宽钢管混凝土柱的横截面长边与短边比值在2.0～3.5之间。