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6.實(shí)心圓形鋼管混凝土構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)6，1,單肢柱軸心受力承載力計(jì)算6。1 1,6，1 2 本章對(duì)鋼管混凝土柱承載力的計(jì)算采用基于實(shí)驗(yàn)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(duì)象 而以整長(zhǎng)的鋼管混凝土柱,即所謂單元柱，作為考察對(duì)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(yàn)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(gè)廣義應(yīng)力共同作用下的廣義屈服條件，這樣做的好處是.可無(wú)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(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)上都難于盡善處理的問題。同時(shí)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(zhǎng)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(shí)驗(yàn)觀察的基礎(chǔ)上、建立起簡(jiǎn)明實(shí)用的承載力計(jì)算公式和設(shè)計(jì)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(duì)核心混凝土的套箍強(qiáng)化.b，柱的長(zhǎng)細(xì)比，c，荷載偏心率，d。柱端約束條件、轉(zhuǎn)動(dòng)和側(cè)移。和，e,沿柱身的彎矩分布梯度等，在計(jì)算中都可作出恰當(dāng)?shù)目紤] 軸壓柱和偏壓柱、短拄和長(zhǎng)柱都統(tǒng)一表達(dá)在整套計(jì)算公式中.手算即可完成，無(wú)需圖表輔助。十分便捷、將長(zhǎng)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(jì)算的基礎(chǔ) 短柱軸心受壓極限承載力，N0、的計(jì)算公式，6.1，2，2、和、6.1。2、3 系在總結(jié)國(guó)內(nèi)外約480個(gè)試驗(yàn)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(jí)有關(guān)。經(jīng)大量試驗(yàn)資料歸納分析,并考慮到計(jì)算的簡(jiǎn)便.α 系數(shù)的取值較原規(guī)范有所調(diào)整.對(duì)普通混凝土。C50、取，α 2 0.對(duì)高強(qiáng)混凝土。C50 C80。取。α,1 8、圖8 圖9，試驗(yàn)結(jié)果和理論分析表明,該公式對(duì)于.a 鋼管與核心混凝土同時(shí)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(shí)測(cè)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(shí)測(cè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yàn)結(jié)果確定的、經(jīng)用國(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)結(jié)果,約360個(gè).復(fù)核。證明該公式與試驗(yàn)結(jié)果符合良好.在壓彎柱的承載力計(jì)算中、采用該公式后.可避免求解、M、N 相關(guān)方程，從而使計(jì)算大為簡(jiǎn)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(yàn)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(jì)原則的基本要求 不會(huì)影響其使用質(zhì)量.圖10為相同長(zhǎng)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(duì)應(yīng)者,非標(biāo)準(zhǔn)單元柱的極限承載能力，Nu 將會(huì)高于標(biāo)準(zhǔn)單元柱在軸心受壓時(shí)的極限承載能力,當(dāng)偏心率更小以致趨近于零時(shí) 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(shí)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(shí)存在為前提的。是不穩(wěn)定的 一旦彎矩消失或減弱。就會(huì)引起承載能力的突然下降 為避免這種危險(xiǎn)，特規(guī)定了在任何情況下都應(yīng)遵守式。6。1。2 5，φl(shuí)φe、φ0的限制條件、圖10。相同長(zhǎng)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(jiǎn)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.φl(shuí)N0，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(yàn)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(yàn)確定的、M0,0.3N0rc代入方程.38。和.39.并定義。經(jīng)簡(jiǎn)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(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)結(jié)果，約340個(gè) 得出的經(jīng)驗(yàn)公式、對(duì)于普通混凝土。在。L0、D 50的范圍內(nèi)。對(duì)于高強(qiáng)混凝土。在 L0,D,20的范圍內(nèi),該公式的計(jì)算值與試驗(yàn)實(shí)測(cè)值均符合良好，圖12、圖13 從現(xiàn)有的試驗(yàn)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(jí)或套箍系數(shù)等的變化.對(duì)。φl(shuí)，值的影響無(wú)明顯規(guī)律,其變化幅度都在試驗(yàn)結(jié)果的離散程度以內(nèi),故公式中對(duì)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(shì),本規(guī)范對(duì)柱的長(zhǎng)徑比作了、L，D。20的限制 圖12.長(zhǎng)細(xì)比對(duì)軸心受壓柱承載能力的影響圖13?？紤]長(zhǎng)細(xì)比影響的折減系數(shù)試驗(yàn)值與計(jì)算曲線比較,高強(qiáng)混凝土,6 1 5，6。1。6、本條的等效計(jì)算長(zhǎng)度考慮了柱端約束條件,轉(zhuǎn)動(dòng)和側(cè)移 和沿柱身彎矩分布梯度等因素對(duì)柱承載力的影響。柱端約束條件的影響.借引入 計(jì)算長(zhǎng)度,的辦法予以考慮。與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(wú)側(cè)移框架的判定標(biāo)準(zhǔn)按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,GB.50017采用。為考慮沿柱身彎矩分布梯度的影響.在實(shí)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(guó).鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、GB。50017和國(guó)外的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范、例如美國(guó) 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(zhǎng)保持不變。圖14a.本規(guī)范采用的則是等效長(zhǎng)度法。即將非標(biāo)準(zhǔn)柱的長(zhǎng)度予以縮減，取等效長(zhǎng)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(zhǎng)度法。在概念上更為直觀.對(duì)于在實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)度系數(shù)公式 是根據(jù)專門的試驗(yàn)結(jié)果建立的經(jīng)驗(yàn)公式。6,1。7、本條采用的拱的等效計(jì)算長(zhǎng)度的計(jì)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(duì)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(shì)在抗壓,只宜作受壓構(gòu)件 但在個(gè)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(shí)候,為驗(yàn)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(jì)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。