CN114357584A - 约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法 - Google Patents

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CN114357584A CN202210010632.0A CN202210010632A CN114357584A CN 114357584 A CN114357584 A CN 114357584A CN 202210010632 A CN202210010632 A CN 202210010632A CN 114357584 A CN114357584 A CN 114357584A
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Abstract

本发明涉及一种约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，忽略波纹侧板对承载力的贡献，将承载力分为多边形钢管、异形多腔体内大腔核心混凝土和多边形钢管内小腔混凝土三部分；分别考虑波纹板对大腔核心混凝土受压承载力和钢管对多边形钢管内小腔混凝土轴压承载力的提高，在其承载力基础上乘以定值套箍系数以得到套箍增强之后的承载力，采用了等效转换对复杂截面简单化处理，以此建立大腔核心混凝土抗压强度公式；第三步：将多边形钢管承载力和考虑了套箍增强系数之后核心混凝土和钢管内混凝土的承载力相加。本发明充分考虑各部分对混凝土的侧向约束能力，能够充分发挥钢材与混凝土的组合作用。

Description

约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法
技术领域
本发明涉及承载力计算的技术领域，尤其是指一种约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法。
背景技术
薄壁钢管混凝土组合柱，如现有中国发明专利(CN110276165B)公开了一种波纹侧板-方钢管混凝土柱，相较于普通钢筋混凝土柱的结构承载力与变形性能都得到了大幅度的提升，钢与混凝土两种材料协同工作，互相作用，充分发挥了材料性能。因薄壁钢管混凝土组合柱能够大幅度减少钢管壁厚，其拥有良好的结构性能和经济效益，已被广泛应用于各项大跨，重载等现代工程项目中。
但是，研究发现现有的薄壁钢管混凝土组合柱易发生局部屈曲，同时，导致钢管对核心混凝土的约束作用大幅度降低，进入破坏阶段后，构件的承载力及刚度退化较快，严重的还将发生脆性破坏，这对于结构安全十分不利。
另外，对于钢管混凝土组合柱而言，其承载力是设计和施工的基础。现有的规范规程中的计算方法从理论上主要分为以下三类：
第一类为钟善桐及其团队提出的统一理论，即将钢管和混凝土视为一种组合材料，按单一材料来研究钢管混凝土性能，计算构件的各项承载力时，不再区分钢管与混凝土。这种基于组合理论的计算方法在实际应用中同样会出现很多问题，两种材料组合在一起影响因素是很复杂的，它没有充分考虑钢管与混凝土之间的相互效应，计算结果偏于安全，而且该计算公式只是在分析的基础之上建立的，缺乏试验研究部分，依据相对单一，还需进一步研究。
第二类为套箍混凝土理论，该理论认为套箍混凝土的基本原理是利用钢管对受压混凝土施加侧向约束，使混凝土处于三向受压应力状态，延缓了混凝土纵向微裂缝的产生和发展，从而提高了内部混凝土的强度和塑性性能，以CECS--28：90钢管混凝土结构设计与施工规程为代表。
第三类为叠加理论，即认为混凝土和钢管单独受力，单独计算出混凝土和钢管分别承担的承载力，再叠加即可得到构件的承载力。叠加理论没有考虑钢管约束对混凝土承载力及延性提高的影响，同样没有考虑混凝土在试件弯曲变形过程中对弯矩的抵抗，这种理论计算值相对安全，保守的方法保证施工安全。
综上所述：现有的组合柱无法满足工程项目的结构性能和局部抗屈曲性能的要求，同时，缺少一种可行的、在轴压作用下的极限承载能力的计算方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，所述组合柱包括多边形钢管和波纹板，且所述多边形钢管内浇筑混凝土；相邻两个所述多边形钢管之间通过波纹板相连，所述多边形钢管与所述波纹板焊接形成异形多腔体，且在所述异形多腔体内部浇筑混凝土形成大腔核心混凝土，所述约束混凝土组合柱在轴压作用下的承载力根据多边形钢管内混凝土的承载力、多边形钢管的承载力以及异形多腔体内大腔核心混凝土的承载力共同确定，其中，所述异形多腔体内大腔核心混凝土承载力的计算方法为：
对异形多腔体进行剥离后，将异形多腔体的异形截面等效为方形截面，并推导方形截面的等效约束应力和平均横向约束应力；
根据所述等效约束应力和所述平均横向约束应力计算异形多腔体内大腔核心混凝土轴压承载力。
其进一步的技术特征在于：将异形多腔体的异形截面等效为方形截面，并推导方形截面的等效约束应力和平均横向约束应力的计算方法为：
Figure BDA0003457195000000031
Figure BDA0003457195000000032
Figure BDA0003457195000000033
Figure BDA0003457195000000034
Ac2＝4D(L2-h/2)+D2+2(L1-L2)2
D＝B-2L1
Aec＝Ac2-2D2/3
ke＝Aec/Ac2
Figure BDA0003457195000000035
Figure BDA0003457195000000036
ξ＝(fycpAscp+fyAs)/(fcAc1+fcAc2)
其中：f′r为异形多腔体等效转换后的方形截面的有效平均横向约束应力，ke为核心混凝土经过强弱约束区划分后的有效约束系数，fr为异形多腔体等效转换后的方形截面的平均横向约束应力，
Figure BDA0003457195000000037
为等效转换后方形截面的等效约束应力，teq为等效后方形截面的厚度，Beq为等效转换后的方形截面边长，Ac2为异形多腔体大腔核心混凝土的面积，As为多边形钢管的面积，Aec为等效后方形截面的面积，D为等效后方形截面的宽度，B为组合柱截面的宽度，L1为多边形钢管外截面的长度，L2为多边形钢管内截面的长度，β为径宽比，ξ为套箍系数，fycpAycp为波纹钢板的名义承载力，fyAs为钢管的名义承载力，(fcAc1+fcAc2)为混凝土的名义承载力，fycp为波纹板抗压或抗拉强度设计值。
其进一步的技术特征在于：根据所述等效约束应力和所述平均横向约束应力计算异形多腔体内大腔核心混凝土轴压承载力的方法为：
Figure BDA0003457195000000041
N3＝Ac2fcc2
其中：f′r为异形多腔体等效转换后的方形截面的有效平均横向约束应力，fcc2为异形多腔体大腔内混凝土的抗压强度设计值，fc为混凝土的抗压强度标准值，N3为异形多腔体内大腔核心混凝土轴压承载力。
其进一步的技术特征在于：所述多边形钢管内混凝土的承载力的计算方法为：
Figure BDA0003457195000000042
fcc1＝fc
N1＝α1Ac1fcc1
其中：Ac1为多边形钢管内的混凝土的面积，ts为多边形钢管壁厚，L1为多边形钢管外截面的长度，L2为多边形钢管内截面的长度，fcc1为多边形钢管内混凝土的抗压强度设计值，fc为混凝土的抗压强度标准值，N1为多边形钢管内混凝土的轴压承载力，α1为多边形钢管内填充混凝土抗压强度套箍增强系数。
其进一步的技术特征在于：根据峰值荷载下多边形钢管内混凝土平均应力，α1＝1.10。
其进一步的技术特征在于：所述多边形钢管的承载力的计算方法为：
D＝B-2L1
As＝4Dtc+4ts(2L1-ts)-2(2L1-ts)2
N2＝Asfy
其中：D为等效后方形截面的宽度，B为组合柱截面的宽度，As为多边形钢管的面积，L1为多边形钢管外截面的长度，tc为波纹侧板的厚度，ts为多边形钢管壁厚，N2为多边形钢管的承载力，fy为多边形钢管的抗压/抗拉强度设计值。
其进一步的技术特征在于：所述约束混凝土组合柱在轴压作用下的承载力根据多边形钢管内混凝土的承载力、多边形钢管的承载力以及异形多腔体内大腔核心混凝土的承载力的和共同确定，其计算方法为：
Nu＝N1+N2+N3
其中：Nu为约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力，N1为多边形钢管内混凝土的轴压承载力，N2为多边形钢管的承载力，N3为异形多腔体内大腔核心混凝土轴压承载力。
其进一步的技术特征在于：L1的取值范围为50mm-90mm。
其进一步的技术特征在于：L2的取值范围为25mm-45mm。
其进一步的技术特征在于：B的取值范围为200mm-500mm。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1、本发明的约束混凝土组合柱结构新颖，因多边形钢管具有较小的径厚比，能够为钢管内混凝土提供更好的约束，将其布置在四角又有利于提升组合柱的抗弯性能；此外，波纹板侧向刚度大，与四角多边形钢管焊接形成的多腔体既可以对核心混凝土提供更有效的约束，防止钢材过早鼓曲，充分发挥材料性能，又能在施工中作为模板，减少工期，有效提高施工效率及施工质量。
2、本发明在计算理论的基础上，通过试验与有限元结合分析得出组合柱轴压承载力设计公式，形式新颖，考虑因素全面：将多边形钢管内混凝土和核心混凝土划分开来，分别考虑波纹板对大腔核心混凝土受压承载力和钢管对多边形钢管内小腔混凝土轴压承载力的提高，多边形钢管内小腔混凝土占总体组合柱承载力的15％左右，对组合柱总承载力影响程度较小，故在其承载力基础上乘以定值套箍系数以得到套箍增强之后的承载力；针对大腔核心混凝土的承载力则基于Mander模型建立等效约束应力与约束混凝土抗压强度函数关系，采用了等效转换对复杂截面简单化处理，以此建立大腔核心混凝土抗压强度公式。
3、本发明基于Mander模型与套箍理论，推导出约束混凝土组合柱的轴压承载力设计公式，计算公式得到的轴压承载力与试验和有限元分析得出的极限承载力误差均在±10％以内，能够较为准确的计算出约束混凝土组合柱的轴压承载力，可以满足工程精度要求。
4、本发明计算方便，仅需要约束混凝土组合柱材料的强度与几何尺寸等信息，即可计算得到该组合柱的轴压承载力，解决防止该组合柱过载的问题，大大节约了工程师的时间成本。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的约束混凝土组合柱的制作示意图。
图2是本发明的轴心受压组合柱剖面示意图。
图3是本发明的轴心受压组合柱轴压计算参数示意图。
图4是本发明的组合柱钢材多腔体复杂大腔截面等效转化为方形截面示意图。
图5是本发明的约束混凝土组合柱加载装置及应变片粘贴位置实物图。
图6是本发明的约束混凝土组合柱加载装置及应变片粘贴位置示意图。
图7是本发明的轴压承载力的模拟值和实验值的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种约束混凝土组合柱，包括多边形钢管和波纹板，且多边形钢管内浇筑混凝土；相邻两个多边形钢管之间通过波纹板相连，多边形钢管与波纹板焊接形成异形多腔体，且在异形多腔体内部浇筑混凝土形成大腔核心混凝土。
在约束混凝土组合柱中，相较于中国发明专利(CN110276165B)公开的一种波纹侧板-方钢管混凝土柱，因多边形钢管具有较小的径厚比，能够为钢管内混凝土提供更好的约束，将其布置在四角又有利于提升组合柱的抗弯性能；此外，波纹板侧向刚度大，与四角多边形钢管焊接形成的多腔体既可以对核心混凝土提供更有效的约束，防止钢材过早鼓曲，充分发挥材料性能，又能在施工中作为模板，减少工期，有效提高施工效率及施工质量。
结合图2和图3所示，一种约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法的计算思路如下：
第一步：忽略波纹侧板对承载力的贡献，将约束混凝土组合柱在轴压作用下的承载力根据多边形钢管内混凝土的承载力、多边形钢管的承载力以及异形多腔体内大腔核心混凝土的承载力共同确定；
第二步：分别考虑波纹板对大腔核心混凝土受压承载力和钢管对多边形钢管内小腔混凝土轴压承载力的提高，多边形钢管内小腔混凝土占总体组合柱承载力的15％左右，在其承载力基础上乘以定值套箍系数以得到套箍增强之后的承载力，针对大腔核心混凝土的承载力则基于Mander模型建立等效约束应力与约束混凝土抗压强度函数关系，采用了等效转换对复杂截面简单化处理，以此建立大腔核心混凝土抗压强度公式；
第三步：将多边形钢管承载力和考虑了套箍增强系数之后核心混凝土和钢管内混凝土的承载力相加，得到一种约束混凝土组合柱在轴压作用下的承载力。
具体的，包括以下计算步骤：
步骤S1：约束混凝土组合柱在轴压作用下的承载力根据多边形钢管内混凝土的承载力、多边形钢管的承载力以及异形多腔体内大腔核心混凝土的承载力共同确定；
步骤S2：根据多边形钢管内的混凝土的面积和多边形钢管内混凝土的抗压强度设计值，计算多边形钢管内混凝土的承载力，
Figure BDA0003457195000000081
fcc1＝fc
N1＝α1Ac1fcc1
其中：Ac1为多边形钢管内的混凝土的面积，ts为多边形钢管壁厚，L1为多边形钢管外截面的长度，L2为多边形钢管内截面的长度，fcc1为多边形钢管内混凝土的抗压强度设计值，fc为混凝土的抗压强度标准值，N1为多边形钢管内混凝土的轴压承载力，α1为多边形钢管内填充混凝土抗压强度套箍增强系数；
步骤S3：根据多边形钢管的面积和多边形钢管的抗压/抗拉强度设计值，计算多边形钢管的承载力，
D＝B-2L1
As＝4Dtc+4ts(2L1-ts)-2(2L1-ts)2
N2＝Asfy
其中：B为组合柱截面的宽度，As为多边形钢管的面积，，tc为波纹侧板的厚度，N2为多边形钢管的承载力；
步骤S4.1：对异形多腔体进行剥离后，将异形多腔体的异形截面等效为方形截面，并推导方形截面的等效约束应力和平均横向约束应力，
Figure BDA0003457195000000082
Figure BDA0003457195000000083
Figure BDA0003457195000000091
Figure BDA0003457195000000092
Ac2＝4D(L2-h/2)+D2+2(L1-L2)2
Aec＝Ac2-2D2/3
ke＝Aec/Ac2
Figure BDA0003457195000000093
Figure BDA0003457195000000094
ξ＝(fycpAscp+fyAs)/(fcAc1+fcAc2)
其中：f′r为异形多腔体等效转换后的方形截面的有效平均横向约束应力，fr为异形多腔体等效转换后的方形截面的平均横向约束应力，
Figure BDA0003457195000000095
为等效转换后方形截面的等效约束应力，ke为核心混凝土经过强弱约束区划分后的有效约束系数，Beq为等效转换后的方形截面边长，teq为等效后方形截面的厚度，Aec为等效后方形截面的面积，Ac2为异形多腔体大腔内的混凝土面积，fycpAycp为波纹钢板的名义承载力，fyAs为钢管的名义承载力，(fcAc1+fcAc2)为混凝土的名义承载力，fycp为波纹板抗压或抗拉强度设计值；
步骤S4.2：根据所述等效约束应力和所述平均横向约束应力计算异形多腔体内大腔核心混凝土轴压承载力，
N3＝Ac2fcc2
Figure BDA0003457195000000096
其中：N3为异形多腔体内大腔核心混凝土轴压承载力，fcc2为异形多腔体大腔内混凝土的抗压强度设计值；
步骤S5：计算组合柱在轴压作用下承载力，
Nu＝N1+N2+N3
其中：Nu为约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力。
如图4所示，在步骤S4.1中，因约束混凝土组合柱的多腔体大腔核心混凝土的形状较为复杂，故对其进行剥离与等效转换，将复杂截面等效为普通方形截面，再根据受力平衡原理，对方形截面的平均横向约束应力(fr)和等效约束应力
Figure BDA0003457195000000101
进行推导。根据受力平衡准则，异形多腔体内大腔内约束核心混凝土所受的f′r按照上述公式计算。
同时，因多边形钢管与波纹板所围成的多腔体内结构与受力情况都十分复杂，故通过对试验数据和有限元结果分析，考虑径宽比β和套箍系数ξ对核心混凝土的约束效应影响，对
Figure BDA0003457195000000102
进行统计回归，
Figure BDA0003457195000000103
可按照上述公式计算。
一种约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力计算方法，其适用范围为：fy的取值范围为184MPa-420MPa，fc的取值范围为30MPa-60MPa，ts的取值范围为0.5mm-4mm，tc的取值范围为0.5mm-4mm，L1的取值范围为50mm-90mm，L2的取值范围为25mm-45mm，B的取值范围为200mm-500mm，混凝土的强度等级为C30-C65中任意一种。
结合图5和图6，为研究约束混凝土组合柱在轴压作用下的受力性能，对此种形式的试件进行了拟静力轴压加载试验。组合柱的柱头和柱脚均采用平面铰连接方式。
初期采用荷载控制加载方式，预加载200kN，检查加载设备及各测点工作情况，确定柱子受载状态是否正常，之后每级加载200kN，每级持荷不少于3min。极限荷载之后采用位移控制进行逐级加载，每级增量2mm，当试件多边形钢管出现明显鼓曲变形时改为缓慢连续加载，直至承载力为峰值荷载的70％时停止加载。
在试件柱顶上下两端分别布置2个位移计，以监测试件加载期间的竖向位移情况；并在试件的多边形钢管1/2柱高位置粘贴环向和纵向应变片，在试件的波纹板1/2柱高位置一周期(包括波峰、波谷、波中)内粘贴环向和纵向应变片以测量柱中破坏截面多边形钢管及波纹板的纵向和横向应变。
实施例1：
约束混凝土组合柱采用C40混凝土，实测轴心抗压强度设计值为39.24MPa；波纹板和多边形钢管钢材为Q345钢，实测屈服强度设计值为386.33MPa；钢管壁厚为3mm，波纹板厚度为1.2mm。约束混凝土组合柱在轴压作用下的承载力试验值Nue为5367.14kN，本发明提出的实用公式值Nu为5408.88kN，拟合度良好。
由于试验过程存在不确定性，会损坏多个柱，因此后续实施例中采用ABAQUS有限元模拟得到约束混凝土组合柱的轴压承载力与本发明提出的实用公式计算值进行对比。
实施例2-实施例5：
实施例2-实施例5仅改变了混凝土的强度等级，具体构造参数及用ABAQUS有限元软件计算出的承载力Nue如表1所示。
实施例6-实施例9：
实施例6-实施例9仅改变了波纹板钢材屈服强度等级，具体构造参数及用ABAQUS有限元软件计算出的承载力Nue如表1所示。
实施例10-实施例13：
实施例10-实施例13仅改变了多边形钢管钢材屈服强度等级，具体构造参数及用ABAQUS有限元软件计算出的承载力Nue如表1所示。
实施例14-实施例17：
实施例14-实施例17仅改变了多边形钢管厚度，具体构造参数及用ABAQUS有限元软件计算出的承载力Nue如表1所示。
实施例18-实施例21：
实施例18-实施例21仅改变了多边形波纹板钢材厚度，具体构造参数及用ABAQUS有限元软件计算出的承载力Nue如表1所示。
实施例22-实施例33：
实施例22-实施例33仅改变了多边形钢管横截面外边长宽度L1和内边长宽度L2，以此改变约束混凝土组合柱的径宽比β，具体构造参数及用ABAQUS有限元软件计算出的承载力Nue如表1所示。
表1 本发明实施例1-33的极限承载力的计算值和模拟值的比较
编号 f<sub>c</sub>/MPa f<sub>ycp</sub>/MPa f<sub>y</sub>/MPa t<sub>s</sub>/mm t<sub>c</sub>/mm L<sub>1</sub>/mm L<sub>2</sub>/mm N<sub>ue</sub>/kN N<sub>u</sub>/kN N<sub>ue</sub>/N<sub>u</sub>
实施例1 39.24 386.33 386.33 3 1.2 75 45 5367.1 5408.9 0.992
实施例2 30 345 345 3 1.2 75 45 4670.5 4257.5 1.097
实施例3 40 345 345 3 1.2 75 45 5406.3 5088.1 1.063
实施例4 50 345 345 3 1.2 75 45 6167.5 5771.5 1.069
实施例5 60 345 345 3 1.2 75 45 6970.4 6508.4 1.071
实施例6 40 235 345 3 1.2 75 45 5262.3 4805.7 1.095
实施例7 40 345 345 3 1.2 75 45 5397.8 5013.4 1.077
实施例8 40 390 345 3 1.2 75 45 5406.7 5093.3 1.062
实施例9 40 420 345 3 1.2 75 45 5409.9 5145.1 1.051
实施例10 40 345 235 3 1.2 75 45 4820.0 4660.7 1.034
实施例11 40 345 345 3 1.2 75 45 5295.0 4967.3 1.066
实施例12 40 345 390 3 1.2 75 45 5416.3 5096.8 1.063
实施例13 40 345 420 3 1.2 75 45 5532.2 5184.1 1.067
实施例14 40 345 345 2 1.2 75 45 4847.9 4620.2 1.049
实施例15 40 345 345 3 1.2 75 45 5406.3 5088.1 1.063
实施例16 40 345 345 4 1.2 75 45 5831.2 5537.8 1.053
实施例17 40 345 345 5 1.2 75 45 6192.7 5972.2 1.037
实施例18 40 345 345 3 2 75 45 5782.3 5252.5 1.101
实施例19 40 345 345 3 3 75 45 5706.9 5437.4 1.050
实施例20 40 345 345 3 4 75 45 5743.0 5604.3 1.025
实施例21 40 345 345 3 5 75 45 5773.3 5756.9 1.003
实施例22 40 345 345 3 1.2 50 25 5128.7 4894.3 1.048
实施例23 40 345 345 3 1.2 50 45 5098.6 4982.2 1.023
实施例24 40 345 345 3 1.2 60 25 5475.5 5248.4 1.043
实施例25 40 345 345 3 1.2 60 45 5125.1 4801.7 1.067
实施例26 40 345 345 3 1.2 70 25 5366.1 5217.1 1.029
实施例27 40 345 345 3 1.2 70 45 5298.1 5211.4 1.017
实施例28 40 345 345 3 1.2 75 25 5534.5 5362.8 1.032
实施例29 40 345 345 3 1.2 75 45 5406.3 5088.1 1.063
实施例30 40 345 345 3 1.2 80 25 5616.5 5508.0 1.020
实施例31 40 345 345 3 1.2 80 45 5472.9 5196.3 1.053
实施例32 40 345 345 3 1.2 90 25 5803.7 5415.8 1.072
实施例33 40 345 345 3 1.2 90 45 5018.7 4754.9 1.055
注：Nue为试验测得极限荷载或有限元计算的承载力；Nu为提出的公式计算的承载力。
如图7所示，通过试验与有限元分析比较约束混凝土组合柱在轴压作用下的承载力，发现本发明的约束混凝土组合柱在轴压作用下的承载能力，主要多边形钢管壁厚、波纹板厚度、多边形钢管横截面外边长宽度和内边长宽度、混凝土强度等级、多边形钢管和波纹板屈服强度有关，将上述因素全面考虑，将多边形钢管内混凝土和核心混凝土划分开来，分别考虑波纹板对大腔核心混凝土受压承载力和钢管对多边形钢管内小腔混凝土轴压承载力的提高，多边形钢管内小腔混凝土占总体组合柱承载力的15％左右，对组合柱总承载力影响程度较小，故在其承载力基础上乘以定值套箍系数以得到套箍增强之后的承载力；针对大腔核心混凝土的承载力则基于Mander模型建立等效约束应力与约束混凝土抗压强度函数关系，采用了等效转换对复杂截面简单化处理，以此建立大腔核心混凝土抗压强度公式。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，所述组合柱包括多边形钢管和波纹板，且所述多边形钢管内浇筑混凝土；相邻两个所述多边形钢管之间通过波纹板相连，其特征在于：所述多边形钢管与所述波纹板焊接形成异形多腔体，且在所述异形多腔体内部浇筑混凝土形成大腔核心混凝土，所述约束混凝土组合柱在轴压作用下的承载力根据多边形钢管内混凝土的承载力、多边形钢管的承载力以及异形多腔体内大腔核心混凝土的承载力共同确定，其中，所述异形多腔体内大腔核心混凝土承载力的计算方法为：
对异形多腔体进行剥离后，将异形多腔体的异形截面等效为方形截面，并推导方形截面的等效约束应力和平均横向约束应力；
根据所述等效约束应力和所述平均横向约束应力计算异形多腔体内大腔核心混凝土轴压承载力。
2.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，其特征在于：将异形多腔体的异形截面等效为方形截面，并推导方形截面的等效约束应力和平均横向约束应力的计算方法为：
Figure FDA0003457194990000011
Figure FDA0003457194990000012
Figure FDA0003457194990000013
Figure FDA0003457194990000014
Ac2＝4D(L2-h/2)+D2+2(L1-L2)2
D＝B-2L1
Aec＝Ac2-2D2/3
ke＝Aec/Ac2
Figure FDA0003457194990000021
Figure FDA0003457194990000022
ξ＝(fycpAscp+fyAs)/(fcAc1+fcAc2)
其中：f′r为异形多腔体等效转换后的方形截面的有效平均横向约束应力，ke为核心混凝土经过强弱约束区划分后的有效约束系数，fr为异形多腔体等效转换后的方形截面的平均横向约束应力，
Figure FDA0003457194990000023
为等效转换后方形截面的等效约束应力，teq为等效后方形截面的厚度，Beq为等效转换后的方形截面边长，Ac2为异形多腔体大腔核心混凝土的面积，As为多边形钢管的面积,Aec为等效后方形截面的面积，D为等效后方形截面的宽度，B为组合柱截面的宽度，L1为多边形钢管外截面的长度，L2为多边形钢管内截面的长度，β为径宽比，ξ为套箍系数，fycpAycp为波纹钢板的名义承载力，fyAs为钢管的名义承载力，(fcAc1+fcAc2)为混凝土的名义承载力,fycp为波纹板抗压或抗拉强度设计值。
3.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，其特征在于：根据所述等效约束应力和所述平均横向约束应力计算异形多腔体内大腔核心混凝土轴压承载力的方法为：
Figure FDA0003457194990000024
N3＝Ac2fcc2
其中：f′r为异形多腔体等效转换后的方形截面的有效平均横向约束应力，fcc2为异形多腔体大腔内混凝土的抗压强度设计值，fc为混凝土的抗压强度标准值，N3为异形多腔体内大腔核心混凝土轴压承载力。
4.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，其特征在于：所述多边形钢管内混凝土的承载力的计算方法为：
Figure FDA0003457194990000025
fcc1＝fc
N1＝α1Ac1fcc1
其中：Ac1为多边形钢管内的混凝土的面积，ts为多边形钢管壁厚，L1为多边形钢管外截面的长度，L2为多边形钢管内截面的长度，fcc1为多边形钢管内混凝土的抗压强度设计值，fc为混凝土的抗压强度标准值，N1为多边形钢管内混凝土的轴压承载力，α1为多边形钢管内填充混凝土抗压强度套箍增强系数。
5.根据权利要求4所述的约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，其特征在于：根据峰值荷载下多边形钢管内混凝土平均应力，α1＝1.10。
6.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，其特征在于：所述多边形钢管的承载力的计算方法为：
D＝B-2L1
As＝4Dtc+4ts(2L1-ts)-2(2L1-ts)2
N2＝Asfy
其中：D为等效后方形截面的宽度，B为组合柱截面的宽度，As为多边形钢管的面积,L1为多边形钢管外截面的长度，tc为波纹侧板的厚度，ts为多边形钢管壁厚，n2为多边形钢管的承载力，fy为多边形钢管的抗压/抗拉强度设计值。
7.根据权利要求1所述的约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，其特征在于：所述约束混凝土组合柱在轴压作用下的承载力根据多边形钢管内混凝土的承载力、多边形钢管的承载力以及异形多腔体内大腔核心混凝土的承载力的和共同确定，其计算方法为：
Nu＝N1+N2+N3
其中：Nu为约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力，N1为多边形钢管内混凝土的轴压承载力，N2为多边形钢管的承载力，N3为异形多腔体内大腔核心混凝土轴压承载力。
8.根据权利要求2或4或6所述的约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，其特征在于：L1的取值范围为50mm-90mm。
9.根据权利要求2或4或6所述的约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，其特征在于：L2的取值范围为25mm-45mm。
10.根据权利要求2或6所述的约束混凝土组合柱在轴压作用下承载力的计算方法，其特征在于：B的取值范围为200mm-500mm。
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