型钢混凝土柱轴压比限值分析

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1、第七届全国现代结构工程学术研讨会型钢混凝土柱轴压比限值分析赵玉慧+薛建阳赵鸿铁陈宗平(西安建筑科技大学土木工程学院，西安7100弱)摘要：轴压比是衡量受压构件延性大小的重要指标，它对结构抗震性能的影响很大。本文介绍并分析了普通型钢混凝土柱、型钢高强混凝土柱以及型钢混凝土异形柱的轴压比限值及其计算方法，根据理沦分析和试验结果，对掣钢混凝土柱轴压比限值给出台理取值的建议，可供设计人员参考。关键词：型钢混凝土柱，轴压比限值，延性一、轴压比定义(一)钢筋混凝土柱轴压比我国现行规范”1规定钢筋混凝土柱的轴压比是指作用在柱上的轴压力设计值

2、N与柱全截面面积A和混凝土轴心抗压强度设计值^乘积的比值，即：n=去㈣fA规范设置轴压比是为了保证框架柱在地震下的延性，而轴压比限值是我国规范给出的柱轴压比的最大允许值，见表1。对于铡筋混凝土柱，其破坏形态大致可分为大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两类。为保汪柱在地震作用下具有足够的变形能力，应尽量使柱的破坏形态为大偏心受压的延性破坏。现行规范中框架柱轴压比限值就是根据大小偏心受压破坏形态的界限破坏状态以及部分试验研究结果进行确定。表l钢筋混凝土柱轴压比限值(GB500lO-2002)(二)型钢混凝土柱轴压比型钢混凝土结构是把型

3、钢置入钢筋混凝土中，由型钢、钢筋、混凝土三种材料协同工作抵抗外力的一种结构形式。型钢混凝土柱与钢筋混凝土柱不同。由于在型钢混凝土柱内配置了核心型钢，所以轴向压力作用下型钢承担了很大一部分轴力，型钢的含量直接影响到柱承受轴压力的大小及柱的抗震性能，故此规程Ⅲ规定，型钢混凝土柱的轴压比公式为：Ⅳn=-=■——=—_(2)正Ac十五A．‘1型钢混凝土框架柱轴压比限值的规定是保证框架柱具有较好的延性和耗能性能的必要条件，轴压比限值的确定是在试验研究基础上，规定二级抗震等级的框架结构柱的轴压比限值为0．75，此控制值能保证框架柱延性系数

4、达到3。对于其他不同抗震等级，不同结构体系的框架柱，其轴压比限值相应进行调整，限值见表2。’本论文为国家自然科学基金瓷助项目(5047踟“){陕西省自然科学研宄计划项目(2002Bj3)资助项目产出论文J802工业建筑2007增刊第七届全国现代结构工程学术研讨会表2型钢混凝土框架杜的轴压比限值(规程JGn38-2001)结构类型箍筋型式抗震等级一级三级框架结构复合箍筋O．65O75085(三)型钢混凝土柱轴压力比对于型钢混凝土柱，在一定轴力下，随轴向塑性变形的发展，以及长期荷载下混凝土的徐变影响．钢筋混旋土部分承担的轴力逐渐向

5、型钢部分转移，根据短期反复荷载下型钢混凝土框架柱试验得到界限轴压力，再考虑长期荷载下徐变的影响后，得到型钢混凝土柱轴压力限值。规程”1考虑地震作用组合时，框架柱承受的压力设计值应满足下式的要求：Ⅳ≤n(正Ac+丘A盯)(3)n为轴压力限值系数，见表3。，表3型钢混凝土柱的轴压力限值系数H(规程YB9082—97)规范“1定义的钢筋混凝土柱的轴压比具有明确的物理意义，对于对称配筋的钢筋混凝土柱而言，它反映的是混凝土相对受压区高度：对于型钢混凝土柱，规程吲和规程吲分别采用轴压比和轴压力比来定义，如将规程‘21写成：Ⅳ=n(正^十无

6、A)(4)则N就表示型钢混凝土柱所承担的轴压力，取上式中的n等于轴压比限值，对应的N就是轴压力限值。因此，轴压比限值和轴压力限值是一一对应的关系，确定前者，后者也就相应的确定了，其意义相同，二、普通型钢混凝土柱轴压比限值(一)与钢筋混凝土柱轴压比的定义一致．文献【4一击】仍然将型钢混凝土柱轴压比定义为(”式，其中n为型钢混凝土柱轴压比设计值：N为作用于型钢混凝土柱的轴压力设计值；A为型钢混凝土柱的截面面积。。由于型钢混凝土柱界限破坏特点并不明显，所以一种意见认为：在受拉区受拉钢筋达到屈服应变的同时，受压区混凝土被压碎的状态为界

7、限破坏，此时型钢的受拉翼缘没有屈服，受压翼缘和受压钢筋都屈服；另～种意见认为：当受拉区的型钢翼缘达到屈服拉应变时，受压区混凝土被压碎的状态为界限破坏，此时t受拉钢筋也达到屈服，型钢壁压翼缘和受压钢筋同样屈服。文献【4】认同第一种界限破坏状态，根据型钢混凝土柱正截面承载力和低周反复水平力作用下的静力试验结果．从型钢混凝土柱界限破坏时内力的平衡条件出发，推导了轴压比限值的理论计算公式，经简化后提出实用的计算公式，通过计算，给出型钢混凝土柱轴压比限值的建议值，计算表明，型铡混凝土柱轴压比限值比钢筋混凝土柱的轴压比限值可提高25％～5

8、0％，限值如表4所示。表4型钢混凝土柱的轴压比限值(程文濠，1999)工业建筑2007增刊1803苎主旦全里翌垡墨塑三堡兰查竺盟叁文献[5l采用第二种破坏状态，从混凝土、型钢和钢筋本构关系出发。利用平截面假定和平衡方程，推导出轴压比限值的设计公式，据此求出在通常配筋和配钢情况