全國興 黃加平 吳啟紅

鋼管混凝土是在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件，它是在勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及螺旋配筋混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上演變和發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土柱具有承載力高、經(jīng)濟、實用、美觀等優(yōu)點，在工業(yè)廠房和高層以及超高層建筑中得到了大量的應(yīng)用[1-3]。

1 單肢鋼管混凝土偏壓柱主要影響因素參數(shù)分析

在實際工程中，由于受到初始缺陷、材料的不均勻性以及制造誤差等因素的影響，大部分鋼管混凝土構(gòu)件都處于偏心受壓狀態(tài)。因此有必要研究構(gòu)件的偏心率大小對鋼管混凝土柱穩(wěn)定極限承載力的影響。本文采用文獻[5]的構(gòu)件參數(shù)對鋼管混凝土偏心受壓柱進行彈塑性分析，基本參數(shù)見表1。

表1 偏心受壓構(gòu)件參數(shù)表

在用ANSYS對鋼管混凝土進行分析時，主要通過構(gòu)件的荷載—跨中位移關(guān)系來研究不同長細(xì)比、鋼管壁厚、偏心距等因素對偏心受壓鋼管混凝土柱極限承載力影響的變化規(guī)律。

從圖1～圖3的參數(shù)分析中可以得到，隨著偏心率和長細(xì)比的增加，鋼管混凝土柱的穩(wěn)定承載力明顯降低。在相同的長細(xì)比下，偏心率越大，構(gòu)件的極限承載力越低;在相同的偏心率下，長細(xì)比越大，構(gòu)件的極限承載力越低。因此有必要考慮偏心率對鋼管混凝土柱的影響。

有限元計算模型雖能準(zhǔn)確地計算鋼管混凝土柱的極限承載力，但計算過程較為復(fù)雜，方法也不便于實際應(yīng)用，有必要提供鋼管混凝土柱偏心受壓的穩(wěn)定承載力簡化計算公式。

2 單肢鋼管混凝土偏壓柱的穩(wěn)定承載力計算公式

2.1 考慮長細(xì)比影響的鋼管混凝土軸心受壓中長柱的穩(wěn)定承載力計算公式

仿照普通鋼柱和鋼筋混凝土柱的處理方法，直接從大量的試驗數(shù)據(jù)中找出因長細(xì)比的增長而使極限承載力降低的規(guī)律[4]。根據(jù)鋼構(gòu)件軸壓承載力設(shè)計公式的建立方法，確定鋼管混凝土中長柱的穩(wěn)定系數(shù)φl:

由此可以得到考慮長細(xì)比影響的鋼管混凝土偏壓柱的穩(wěn)定承載力計算公式為:

2.2 考慮長細(xì)比、偏心率影響的鋼管混凝土軸心受壓中長柱的穩(wěn)定承載力計算公式

定義鋼管混凝土柱承載力的偏心率折減系數(shù)為:

根據(jù)試驗結(jié)果回歸(見圖4)，得到鋼管混凝土柱承載力偏心率折減系數(shù)的計算公式為:

因此可以得到既考慮長細(xì)比影響，又考慮偏心率影響的鋼管混凝土中長柱計算公式:

3 結(jié)語

通過相關(guān)實驗數(shù)據(jù)來驗證式(8)的正確性。主要考慮構(gòu)件的長細(xì)比和偏心率對鋼管混凝土柱穩(wěn)定承載力的影響。

分析得到，當(dāng)構(gòu)件長細(xì)比一定時，鋼管混凝土偏心受壓柱的穩(wěn)定承載力隨構(gòu)件的偏心距的增大而減小;當(dāng)構(gòu)件的偏心率一定時，鋼管混凝土柱的穩(wěn)定承載力隨構(gòu)件的長細(xì)比的增大而減小，反之則增大。式(8)的計算結(jié)果與實驗值吻合良好，具有表達(dá)形式簡單，計算精度高的特點，可供鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程設(shè)計時參考使用。

[1] 韓林海.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點及發(fā)展[J].工業(yè)建筑，1998，28(10):1-5.

[2] 劉海霞.高強混凝土的力學(xué)性能及應(yīng)用[J].黑龍江交通科技，2003，115(9):80-81.

[3] 韓林海.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)——理論與實踐[M].北京:科學(xué)出版社，2004:340-342.

[4] 湯關(guān)祚，招炳泉.鋼管混凝土受壓構(gòu)件承載力計算[J].工業(yè)建筑，1985(2):21-25.

[5] 趙均海，顧 強.鋼管混凝土偏心受壓極限承載力的實驗研究及理論研究[J].工程力學(xué)，2001(sup):273-276.

[6] 陳 銘，何麗麗，鞏偉平.淺談鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計[J].山西建筑，2008，34(5):118-119.

[7] 蔡紹懷，邸小壇.鋼管混凝土偏壓柱的性能和強度計算[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報，1985(4):32-41.