钢管混凝土结构的特点及发展

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钢-混凝土组合结构的定义
• 型钢、板材制品与混凝土组合 组合构件 • 含有钢-混凝土组合构件的结构 组合结构 • 组合构件-组合梁、组合柱、组合拱、组合板
等 • 组合结构体系：建筑结构、桥梁结构等
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钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)
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用组合时应除以抗震调整系数γRE
As Ac－分别为钢管和管内混凝土的截面面积
*当钢管截面有削弱时，应按下式计算净截面强度
N≤Nun
Nun＝fAsn+fcAc
Asn－钢管的净截面面积
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பைடு நூலகம்31
（2）轴心受压构件的稳定性计算
N Nu
－轴心受压杆件的稳定系数
Nu－轴心受压时截面抗压承载力设计值
10.652
EAEaAaEcAc
（2）弯曲刚度 EIEaIaEcIc
Aa Ia －钢管横截面的面积和对其重心轴的惯性矩 Ac Ic －钢管内混凝土横截面的面积和对其重心轴
的惯性矩
Ec Ec －钢管和混凝土的弹性模量
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4.钢管混凝土柱考虑偏心影响的承载力折减系数 对单肢柱
当e0/rc≤1.55时
e1/(11.85e0/rc) e0 M2/N
钢-混凝土组合结构的特点 及发展
主讲人：周立
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钢-混凝土结构的简介
• 是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的的新型 结构
• 结合了钢结构和混凝土结构的各自优点，易于满足 现代土木工程结构对功能的要求，综合效益显著。
• 已经成为结构体系重要的发展方向之一。
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混凝土柱破坏（一）
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(3) 径厚比或高厚比
(4) 长细比
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•2. 轴心受压的钢管混凝土短柱（L/D=3~3.5）
钢管混凝土短柱的 一次压缩工作曲线分 为三个阶段: （1）弹性阶段 oa （2）弹塑性阶段 ab （3）强化阶段 bc
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• ＝1.0时，核心混凝土因紧箍效应纵向承载力的 提高恰好弥补钢管因异号应力场使纵向承载力的减 小，所以出现了塑性的水平段bc。
《钢管混凝土结构设计与施工规程》承载力设计 方法（CECS28:90）。
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1.单肢柱承载力计算
N Nu
Nu leN0
N0fcAc(1 )
faAa/ fcAc
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N－轴向压力设计值；
Nu－钢管混凝土单肢柱的承载力设计值； N0－钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值； θ－钢管混凝土的套箍指标；
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深 圳 赛 格 广 场
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• 深圳赛格广场是我国 第一座采用钢管高强 混凝土柱的钢结构体 系超高层建筑，它也 是目前世界最高的一 座钢管混凝土高层建 筑。
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•1999年建成的深圳赛格 广场大厦,地上72层,高
291.6m,是目前世界上最
高的全钢管混凝土高层
建筑。
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当e0/rc > 1.55时
e 0.4/(e0/rc)
e0－柱两端轴向压力偏心距较大者； rc－核心混凝土横截面的半径； M2－柱两端弯矩设计值的较大者； N－轴向压力设计值。
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5.钢管混凝土柱考虑长细比影响的承载力折减系数 对单肢柱：
钢管混凝土柱考比 虑影 长响 细的承载力 1 系数 当Le D4时，1 10.115Le D4 当Le D4时，1 1
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Nu * －格构柱的整体承载力设计值 N0i －格构柱各肢的轴心受压短柱承载力设计值，
按公式确定
φ1* ，φe* － 考虑长细比影响，偏心率影响的整
体承载力折减系数。
在任何情况下都应满足下列条件：
φ1*φe* ≤φ0* φ0* － 按轴心受压柱考虑的φ1*值
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3.变形计算 （1）压缩和拉伸刚度
D－钢管的外径； Le－柱子的等效计算长度，按规程公式计算。
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矩形钢管混凝土柱的计算
1.轴心受力构件的计算
（1）轴心受压构件的强度
N≤Nu N－轴心压力设计值
Nu－轴心受压时截面抗压承载力设计值，按下式计算 Nu＝fAs+fcAc
f ，fc －分别为钢材和混凝土的抗压强度设计值，考虑地震作
钢管混凝土结构实例
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钢管混凝土的优点
• 核心混凝土受约束-受力性能好，截面减小，自 重减轻，施工方便。
• 避免混凝土开裂。
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钢管混凝土柱与普通混凝土柱破坏形态
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万县长江公路大桥
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• 主桥采用以钢管高强混凝土为劲性骨架的上承式高 强混凝土箱形拱桥，净跨420m，净矢高84m，矢跨 比1／5，一跨过江，无水下基础。
• >1.0时，核心混凝土承载力的提高超过了钢管 纵向承载力的减小， 出现了曲线上升的强化阶段bc 。
• <1.0时，核心混凝土承载力的提高不足以弥补
钢管纵向承载力的减小，曲线出现下降段。
• ＝0.4，曲线无塑性段，呈脆性破坏。
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圆钢管混凝土柱的计算
圆钢管混凝土柱中的核心混凝土的紧箍效应， 受力性能比矩形钢管混凝土柱好，相比而言承载力 提高最大，也最经济。
fc － 混凝土的抗压强度设计值；
Ac 、Aa－钢管内混凝土、钢管的横截面面积；
fa －钢管的抗拉，抗压强度设计值；
1、e －考虑长细比影响，偏心率影响的承载力折系
数。
1e 0
φ0－ 按轴心受压柱考虑的φ1值
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2. 格构柱的承载力计算
N
N
* u
Nu* l*e*N0*
i
N
* 0
N 0i
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台北101大楼 钢管混凝土结构 101层，508m
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西单地铁车站
大王路地铁车站
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钢管混凝土柱的工作性能
• 1.钢管混凝土柱的几个影响参数
(1) 含钢率
As
(2) 约束效应系数
Ac
As fy Ac fck
一般在0.3~4.0之间，宜大于等于3.0
As f 钢管混凝土规程称为套箍系数（招标） Ac fc
0.215
21 2[(0.9650.3002)(0.9650.3002)242] 0 . 2 1 5
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混凝土柱破坏（二）
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美 国 世 贸 大 厦
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受到破坏的钢结构柱
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合理的结构设计原则
• 满足平衡条件，传力路径明确，直接 • 符合基本的抗震设计原则 • 整体性好，多道防线 • 合理用材，自重轻，使用性、耐久性要好 • 构造简单，施工方便 • 避免或减少裂缝问题