圆形钢管混凝土构件承载力的规程对比分析.pdf

2 0 1 3 年第 1 期( 总 1 8 9期) 安徽建筑 圆形钢管混凝土构件承载力的规程对比分析 Th e Co mp a r i s o n b e t we e n Co d e s a b o u t t h e Ca p a c i t i e s o f Tu b e Me mb e r s of Ci r c u l a r St e e l T u b e Co n c r e t e 朱益 ， 郑懿 ( 深圳市华纳国际建筑设计有限公司 ， 浙江杭州3 1 0 0 0 0 ) 摘 要 ：以圆钢管混凝土轴心受压、受弯和压弯构件为研究对象， 对 钢管混凝土结构技术规程 和 钢 一混凝土组合结构设计规程 关于 构件承栽力计算值进行 了 详细比较。首先， 详细阐述了各规范的详细 规定原则和内容。接着，以截面舍钢率和构件长细比为参数 ，自 编 Ma d a b 程序对规范内容进行了详细比较。结果表明： 轴压强度承栽力 两者较接 近 ， 轴压稳 定承载 力、 弯矩承载 力和 压弯 平面 内稳 定承栽 力 会随参数而变化， 建议设计时应舍理比较而选择参照规范， 确保结构 更安全 。 关键词 ： 圆钢管混凝土； 规范； 承栽力； 安全 中图分类号 ： T U 3 7 5 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 o 7 - 7 3 5 9 ( 2 0 1 3 ) 0 1 一 -0 1 4 0 - 0 3 0 前言 圆钢管混凝土柱能较好提高核心混凝土的强度和变形能 珏 力1 】 ， 因此得到了深入的研究和行业标准的制定， 如 钢管混凝 柏 土结构技术规程 ( D B J 1 3 5 1 2 0 0 3 ) 闼 和 钢 一混凝土组合结构 设 设计规程 ( D DT 5 0 8 5 1 9 9 9 0 ) 脚 ，并在实际工程中得到广泛应 计 用， 如古北财富中心大厦 、 广州合景大厦嘲 、 深圳中航广场婀 等。 显然， 详细分析规范间的区别显得非常必要 ， 尤其是对结构设 计人员。此外， 在实际应用中， 圆钢管混凝土柱主要以轴压、 偏 应 压为主， 因此， 本文分别以轴心受压构件 、 受弯构件和压弯构件 用 为研究对象， 以含钢率和长细比为参数 ， 自编 MA T L A B程序 ， 就各规范关于各类构件的承载力计算值进行详细比较 ， 供结构 设计人员参考。 安 徽 建 筑 圜 1 规范基本规定 1 1轴压构件 轴心受压柱可分为短柱和长柱 ， 其承载力分别定为强度承 载力和稳定承载力。对于前者， 文献【 2 和文献【 3 都视外钢管和 核心混凝土于一体， 采用组合强度设计值来求解 ， 区别在于该 值的求解方法， 具体可见公式( 1 ) 、 ( 2 ) ： 文献 2 J ： N = M 1 1 4 + 1 0 2 6 ) f o ( A , + A J ( 1 ) 文献【 3 ： N = A = ( 1 2 1 2 + B 6 + C - 2 ) ( A A J ( 2 ) B I = 0 1 7 5 9 f y 2 3 5 + 0 9 7 4 ， C l ： 一 - 0 1 0 3 8 12 0 + 0 0 3 0 9 对于稳定承载力， 按照长细比的变化， 文献【 2 】 和文献【 3 都 将稳定系数的求解方法分为三个变化段， 两者的主要区别在于 界限长细比取值以及各分段函数的系数取法，具体可见公式 ( 3 ) 一 ( 8 ) ： 文献【 2 ： 当 。 时 ， P =1 ( 3 ) 当 o 时， q v = a h Z + b k + c ( 4) 当 入 时 ， P = d ( + 3 5 ) ( 5 ) 其中 a ： 一 1 + ( 3 5 + 2 h v - 2 k o ) e 一 ； b ： e 一 2 a ； c ： 1 一 a ： 一 b o ； e = - d ( X 一 ) + 3 5 y ； h o = 1 1、 ( 2 2 0 鲁 + 4 5 o ) 【 ( 1 0 2 + 1 1 4 ) k ； d = 1 3 0 0 0 + 4 6 5 7 1 n ( 2 3 5 f ) ( 2 5 ( f o k + 5 ) , ( a o ； k p = 1 7 4 3 、 C； k = 4 I E D ； 文献【 3 ： 当 。 时， P =1 ( 6 ) 当 0 时， P ： d ( 8 ) 其中 。 = fi t 、 ( 4 2 0 6 + 5 5 0 ) ( 1 2 1 2 + B l + c 1 k ， l = 1 、 E p， ： ( 0 1 9 2 f 2 3 5 + o 4 8 8 ) f ， E = f s ， s )= 3 2 5l O a f , ， a =(d - ： )I e ， b = - 2(d - x ： ) 0 e ， c = l + k ： ( d 一 ： ) e ， d = 5 0 0 0 + 2 5 0 0 ( 2 3 5 f y) ， e = ( 一 ) 。 1 2受弯构件 类同轴压构件强度承载力， 文献【 2 和文献【 3 】 在求解弯曲构 件最大承载力时， 都将外钢管和核心混凝土视为一体， 区别在 于组合强度设计值和塑性系数的取法， 如式( 9 ) 、 ( 1 0 ) 所示： 文献 2 1 ： M m W工； r 1 0 4 + 0 4 8 1 n ( 0 1 ) w工 ( 9 ) 文献 3 】 ： M = r m W工 ， 当 0 8 5时， r m = 1 4 ， 反之 ， 取 r m = 1 2 ( 1 O ) 1 3压弯构件 对于压弯构件， 当处于小偏心受压时， 文献【 2 】 和文献【 3 均 采用轴力 一弯矩直线关系求解截面平面内稳定承载力， 当处于 大偏心受压时， 文献【 2 采用抛物线关系， 而文献 3 采用直线关 系， 具体可见公式( 1 1 ) ( 1 4 ) ： 文献 2 1 ： 当 N N 2 p 时 + ( ) 1 ) 当 N N 0 4时 ， q o = O 1 + 0 1 4 6 一 。 文献 3 】 ： 当 N A 0 2 P 时 丽4 N13 M 丽l ) D N 。 1 O 7 1 ( 1 0 4 N N E ) r m W工 N 百2 E 当 N A O 2 P 时 一 3 N M l ( 1 4 ) 1 4 q N ( 1 0 4 N N E ) w工一 2 轴压构件承载力参数分析 收稿 日期 ： 2 0 1 2 1 2 2 6 作者简介： 朱益( 1 9 8 ff 一 ) ， 男， 安徽安庆人， 工程师， 主要从事结构设计 由式( 1 ) 、 ( 2 ) 可知， 对于轴压构件强度承载力， 文献【 2 和文 与性能分l 研究。 献 3 】 的区别在于组合强度设计值的区别 ，且从表达式可知其值 虽 安徽建筑 2 0 1 3年第 1期( 总 1 8 9期 ) 主 采 瞄 骥 出 撂 主 一 采 繇 瞄 骥 圳 黎 截面含钢率 图 1 轴压强度承载力与含钢率关系( C 4 0 ) 截 面含钢 率 图 2 轴压 强度承载 力差与含钢率 的关系( C6 0) 长细 比 圈 3 稳定 系数差 、 轴压稳定承载力差和长细 比的关 系 长细 比 一 R 罐 啭 静 主 一 椭 妖 辅 瞄 梅 p 截面含钢率 图 5 弯矩承载力差和含钢率的关 系( C4 0) 截面含钢率 图 6 弯矩承载力差和含钢率的关系( C 6 0 ) 弯 钜 ( N m m ) n 。 图 7 轴 力 一弯矩关系曲线( 含钢率 为 0 O 8 ， 长细比为 1 6) 弯矩 ( N m m ) x 1 图4 稳定系数差、 轴压承载力差和长细比的关系 图 8 轴力 一弯矩关系曲线( 含钢率为 0 0 8 。 长细比为 6 0 ) 主要由约束效应系数决定， 而该系数由钢材强度、 核心混凝土强 度以及截面的含钢率决定。此外， 在实际应用中， 钢材主要采用 Q 3 4 5 型 ， 而混凝土等级主要为 c 4 0 c 6 0 ， 且文献 2 】 的含钢率适 用范围为 0 0 4 0 2 。 借此， 在参数分析时， 参照该数据， 并按照混 凝土强度分类 ， 以含钢率为参数 ， 图 l 、 图 2分别给出了 c 4 0 、 c 6 0 轴压承载力差( 文献【 3 】 较文献【 2 】 的承载力的增值百分数) 与 含钢率的关系曲线。由图可知， 随着含钢率的增大， 承载力差逐 渐变小， 以 c 6 0 为例， 当含钢率小于0 1 2 时， 文献 2 的计算值较 结 构 设 计 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 _ 匡 一 一 赫嚼 秣赳薄娶 垛 韶 2 0 1 3年第 1期 ( 总 1 8 9期 ) 安徽建筑 建 设 监 理 表 1 伸缩缝处不得积水， 无阻塞、 渗漏、 变形、 开裂现象。 7 2实测项 目( 见表 1 ) 8 总 结 产品方面： 梳型钢板齿做适当改进， 齿倒角做成弧形减 轻对车胎的磨损； 梳型钢板可适当刻纹防滑； 二次紧固上限位 螺丝后用环氧树脂封头。 设计方面： 关注路面层问水及桥梁碎石盲沟排水对伸缩 缝的影响， 特别是纵坡较大处的伸缩缝 ， 设计上要予以优化考 虑； 结合现场实际及桥梁的伸缩量， 进行科学的选型。 认真细致地做好预埋件及刚柔结合处的处理 ， 避免早期 破坏。 择优选取产晶和专业安装队伍，是施工质量的重要保 障。 高度重视混凝土的养生 ， 制定合理的工期 ， 严禁提前开 放交通， 避免早期破坏。 及时检查 ， 发现缺陷及时维修保养 ， 避免更大的破坏， 从 而延长伸缩缝的使用周期 。 参考 文献 1 J T G D 6 0 - -2 0 0 4 ， 公路 桥涵 设计通 用规 范【 s 】 北京 ： 人 民交 通 出版 社 2 0 0 4 J T G T F 5 0 2 0 1 1 ， 公路桥涵施工技术规范c s 1 北京 ： 人民交通 出版 社 2 0 1 1 J T ,r F 3 2 7 2 0 0 4 ， 公路桥梁伸缩装置【 s 】 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 4 J D T 7 2 3 2 0 0 8 ，公路单元式多向变位梳形板桥梁伸缩装 t t s 1 北京 ： 人民交通出版社 ， 2 0 0 8 牛东强 公 路桥 梁伸缩缝伸缩量确定及 伸缩缝安装 控制 J 1 山西建 筑 ， 2 0 1 0 ( 1 2 ) 张东明 桥梁伸缩缝安装的质量控制措施J 中国新技术新产品， 2 0 0 9 ( 8 ) J T G F 8 0 1 2 0 0 1 ， 公路工程质量检验评定标准【 s 】 北京： 人民交通出 版社 ， 2 0 0 1 暑8暑雹； 刍题 羁苔皂 套鼹刍 黾 刍 是 豆 g 曼 要各黾各 各 各 ( 上接 第 1 4 1页 ) 文献 3 b， 反之 ， 文献【 2 较文献【 3 】 大。此外， 承载力差的绝对值 均在 1 0 以内。 由式( 3 ) ( 8 ) 可知， 当材料强度和含钢率一定时， 影响轴压 构件稳定系数和稳定承载力的因素为长细 比。图 3 、 图 4给出 了含钢率分别为 0 0 8和 0 1 6 ，且钢材为 Q 3 4 5 ，混凝土为 C 4 0 时的稳定系数差 、 轴压稳定承载力差( 文献 3 较文献 2 】 的承载 力的增值百分数) 与长细比的关系曲线。由图可知， 每一类含钢 率都存在着界限长细比，当构件长细比小于该界限长细比时， 稳定系数差和稳定承载力差随着长细比的增大而增大， 反之减 小。此外 ， 当含钢率值小时， 文献 3 和文献【 2 的差别较明显 ， 且 该差别随着含钢率的增人而降低。 3 受弯构件承载 力参数分析 类同轴压强度承载力 比较， 根据公式( 9 ) ( 1 0 ) ， 图 5图 6分别给出了核心混凝土为 C 4 0和 C 6 0时的文献【 3 和文献 2 的弯矩承载力差与截丽含钢率的关系曲线。由图可知， 当含钢 小时， 文献【 3 1 较文献【 2 1 大， 日偏差随着含钢率的增大而偏小。 安 徽 4 压弯构件轴力 一弯矩曲线参数分析 建 筑 圜 对压弯构件平面内稳定承载力进行比较， 其实质是对在相 同条件下的轴力 一弯矩曲线进行比较。 由式( 1 1 ) ( 1 4 ) 可知， 应 先确定含钢率柑长细比， 如 7图 8 所示， 含钢率为 0 0 8 ， 长 细比分别为 1 6和 6 0 f h 可知， 长细比较小时， 文献f 2 】 和文 献【 3 1 的轴力 一弯矩曲线存在着交叉区， 而当长细比增到一定程 度时， 文献【 3 】 的曲线在文献 2 】 曲线的外侧， 因此 ， 不能简单的断 定采用何种规范更安全。此外， 改变含钢率也存在类似情况。 5 结论 以圆形钢管混凝土轴压强度承载力与稳定承载力、 弯矩承 载力以及平面内压弯稳定承载力为研究对象， 以截面含钢率和 构件长细比为分析参数 ， 自编 Ma t l a b程序对相应规程进行了详 细的比较， 指出文献【 2 和文献【 3 】 关于轴压强度承载力差值在 1 0 及以内， 而轴压稳定承载力、 弯矩承载力和压弯稳定承载 力会随参数变化而变化 ， 为确保结构设计更安全， 需进行合理 比较 。 参考文献 1 】 韩林海 钢管混凝土结构理论与实践【 M 】 北京： 科学出版社， 2 0 0 7 【 2 】 D B J 1 3 5 1 2 0 0 3 ， 钢管混凝土结构技术规程 s 1 福州 ： 福建省建设 厅 ， 2 0 0 4 【 3 D L 7 5 0 8 5 1 9 9 9 ， 钢 一混凝土组合结构设计规程 s 北京： 中国电 力 出版社 ， 1 9 9 9 4 洪小永， 吴伟庆， 李立树 古北财富中心高层办公楼结构设计 J 1 建 筑结构， 2 0 0 9 ( 1 ) 【 5 】 李盛勇， 陈晓航 ， 谬耘 广州合景圆钢管混凝土柱与钢支撑框架组 合结构设计 【J 1 建筑结构 ， 2 0 0 6 ( 1 ) 【 6 16 刘 臣吗 ， 林文 明 ， 张建 军 等 深圳 中航 广场超高层结构设 计【 J 1 建 筑结构 ， 2 0 1 1 ( 1 ) 虽