钢骨-钢管高强混凝土长柱稳定承载力分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第1期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．25No．12008年3月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)M8r．2008钢骨一钢管高强混凝土长柱稳定承载力分析肖阿林，何益斌，黄频，郭健(湖南大学a．土木工程学院；b．设计研究院，湖南长沙410082)摘要：基于切线模量理论和钢管混凝土统一理论推导了钢骨一钢管高强混凝土组合轴压长柱弹塑性稳定承载力计算公式，理论计算值与试验结果吻合良好，在此基础上推导了该组合柱的临界长

2、细比。以千分之一柱长作为初始挠度，利用数值计算方法对钢骨一钢管高强混凝土组合轴压长柱进行非线性全过程分析，数值计算的荷载一变形曲线与试验曲线吻合较好。在大量数值分析的基础上，提出了便于工程应用的钢骨一钢管高强混凝土组合轴压长柱极限承载力简化计算公式。关键词：组合柱；长柱；极限承载力；切线模量理论；长细比中图分类号：TU318；TU398文献标识码：A文章编号：1672-7037(2008)0卜006卜O4有关试验研究结果表明卜，钢骨、钢管和核心混凝土协同工作使钢钢凝土1组合柱弹塑性临界稳定承载力

3、骨一钢管混凝土组合柱(图1)具有承载力高，对长细比较大的压杆，往往当荷载达到欧拉延性及耗能能力好等优临界力以前，杆中的轴向应力已经超过比例极点，具有良好的工程应限[6]，应力一应变关系不再服从虎克定律，此时必钢骨须考虑材料的非弹性性质。因而，对轴压杆件的弹塑性临界稳定荷载，通常采用切线模量理论求解。钢骨一钢管组合柱截面当临界应力大于材料的比例极限时，用失稳时的度、构件截面尺寸以及钢材和混凝土的力学性能切线模量E代替杨氏模量E，可得到非弹性屈曲等。长细比较大的构件，受初始缺陷、材料不均匀情况下的临

4、界荷载。参考钢管混凝土统一理沦及性以及制作误差等因素影响，其大变形效应很明有关文献l_7]，基于切线模量理论的钢骨一钢管高显，此类结构往往表现为稳定破坏。文献[5]提出强混凝土组合轴压中长柱弹塑性临界稳定承载力了该组合长柱稳定系数的计算公式，但缺乏理P计算公式为论上的统一性且表达式相当复杂，不便于工程应P一，(1)￡0用。式中，为组合材料的截面惯性距；El为组合材因此，本文基于切线模量理论和钢管混凝土料的切线模量；。为组合构件的计算长度。统一理论采用修正欧拉公式推导钢骨一钢管高强混凝土组合轴压长

5、柱弹塑性稳定承载力的理论计由文献[6,7]可知：E一篷JE算公式，并对该组合柱的临界长细比进行计算分p析，提出可供参考的组合柱临界长细比。同时对钢这里令一er，即可求解方程(1)得骨一钢管高强混凝土组合轴压长柱进行非线性全一一丌EB1’(2)过程分析。在大量数值分析的基础上，提出简单实其中一一2用的钢骨一钢管高强混凝土组合轴压长柱极限承一一一载力的简化计算公式。4r。式中，r为钢管外半径；为组合材料截面面收稿日期：2007—06—27作者简介：肖阿林(1980一)．男，湖南宁乡人，博士研究生，研

6、究方向为组合结构及结构抗震，xiaoalinl980@l63．corn。基金项目：湖南省杰出青年基金(05JJl0009)。维普资讯http://www.cqvip.com·62·华中科技大学学报(城市科学版)2008正积；E。和E分别为组合材料的弹性模量、强化模柱同时发生强度破坏和弹塑性失稳(此时E一量；和足分别为组合材料的抗压比例极限、倔E时)的临界长细比。为服强度。由文献[7，8]可知：E一／，E一5000a一√等(3)+550，一(1．212+B／'2+C)，B一0．1759Dt当组合柱

7、临界应力<只时，组合柱将发生弹性ff螽+O．974，C=一0·1038磊+0309'一+失稳。由此可得组合柱同时发生弹塑性失稳和弹，f＼性失稳的临界长细比。为0．9p，一l0．192而Jty+0．488I，￡=0．67／l厶JJ，E。式中，a为含钢率，a一(+A)／A；为套箍、一√／E(4)指标，一A／(A)；P为配骨指标，—／由上可知，当≤。时，组合柱承载力由强度()；A，A和。分别为核心混凝土、钢管及控制；当<≤时，组合柱发生弹塑性失稳；当钢骨的面积；，和分别为核心混凝土的轴>时，组合柱发生

8、弹性失稳。心抗压强度、钢管及钢骨的屈服强度；e为与比例表l列出了根据公式(3)和(4)计算得到的不极限对应的应变。同设计截面的和值。从表1可见，。和变化幅度均不大，基本上为定值，因而可以偏于保守2组合柱临界长细比地分别取扎一12，一110。可见，组合柱发生弹塑性失稳的临界长细比。与钢管混凝土短柱定义根据长细比定义—。／，由结构稳定界限基本一致。但是，由于组合柱中型钢的刚度贡／献等影响，组合柱发生弹性失稳的临界长细比理论可知，当组合柱承载力由稳定控制时，必须进比钢管混凝土弹性失稳的临界长细比(一4