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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?？杀苊馇蠼?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,φlφe 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.φlN0.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。值的影響無明顯規(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.考慮長(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)移框架和無側(cè)移框架的判定標(biāo)準(zhǔn)按現(xiàn)行國家標(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，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50017和國外的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,例如美國,ACI?；炷两Y(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。