钢管混凝土轴压短柱经济含钢率探析

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1、钢管混凝土轴压短柱经济含钢率探析　　【摘要】从含钢率、钢管强度和核心混凝土强度三方面对钢管混凝土轴心受压短柱的强度提高率进行了讨论分析，对各种材料组合下的钢管混凝土强度提高率进行了数值计算，得出各规程轴压短柱经济含钢率。【关键词】钢管混凝土轴压短柱含钢率强度提高率1引言在工程设计中，如何根据各组成材料的价格和施工费用，获取一个最经济的材料组成，是非常重要的一个问题。在钢管混凝土构件中，钢材是其经济决定因素，由于不同的截面尺寸所需的钢材含量不尽相同，所以经济含钢率指标是十分必要的。钢管混凝土轴心受压短柱由于钢管的约束作用使管内混凝土三向受压，提高了混凝土承载力，增加了混凝土的极限压应

2、变，钢管混凝土柱因此获得了良好的工作性能。以N0表示不考虑钢管约束作用时的名义承载力，此时N0=fsAs+fcAC（1）式中：fs为钢材的设计强度值，As为钢管的横载面积，fc为混凝土的设计强度值，Ac为管内核心混凝土的横截面积。8令N表示考虑钢管约束作用的钢管混凝土轴压短柱承载力，有ω=N/N0，ω称为钢管混凝土轴压短柱的强度提高率。对照现行各规程可以发现，ω的主要影响因素为含钢率ρ（ρ=As/Ac4t/D，t为钢管壁厚，D为钢管外径）、核心混凝土设计强度fc、钢管设计强度fs·即：ω=ω（ρ、fc、fs）通过简单的数值计算发现，在一定的材料组合下，ω将取得极值，在本文中将ω取得

3、最大值时的含钢率定义为此组合材料的经济含钢率。以实验为基础，以材料完全发展塑性为前提，获得钢管混凝土强度提高率为1.22【1】。2强度提高率影响因素【2】2.1含钢率当钢管材料和混凝土种类选定以后，合理的含钢率将是决定因素，普通钢筋混凝土轴压短柱的承载能力，随着纵向钢筋的增加而提高，其承载能力提高值△N基本上等于纵向钢筋的强度fs与增加截面积△As的乘积，即：△N=fs×△As（2）对于钢管混凝土轴压短柱，随着含钢率的提高，由于钢管的约束作用，其承载能力的提高大大超过了由于钢材面积而提高的承载力。2.2核心混凝土强度8根据有关资料记载的实验结果，钢管混凝土轴压短柱随核心混凝土强度的

4、提高而提高的承载能力，基本上相当于核心混凝土面积和强度值的乘积。素混凝土和普通钢筋混凝土构件随着混凝土强度的提高将具有更为明显的脆性破坏特征。而钢管混凝土构件，当核心混凝土标号达66.5Mpa左右时，其破坏特征仍有很好的塑性特征。这些说明钢管混凝土压短柱的强度提高率及破坏特征与核心混凝土强度高低基本无关。2.3钢管强度在含钢率相同的条件下，钢管对核心混凝土的紧箍作用随着钢管材料强度的增大而提高，但能否充分利用钢管的高强度对核心混凝土的紧箍作用，并不完全变形的能力有关。工程上通常使用的钢管混凝土构件，破坏时钢管总处在双向应力状态下工作。根据现有研究成果可知，钢管的环向紧箍力总是小于钢

5、材标准强度，在这种情况下，紧箍力的大小并不完全取决于钢材强度的提高。一般的钢管混凝土构件，如果含钢率和钢材强度的乘积等于40Mpa左右，则不管是增加含钢率还是提高钢材强度，都不可能有效的增加钢管对核心混凝土的侧向紧箍力。3规程计算8我国自50年代开始对钢管混凝土的基本理论进行了大量的研究，大致形成了三个理论体系：①能源部颁布的《钢—混凝土组合结构设计规程》（DL5099-97），视钢管混凝土为一种材料，采用统一理论，以建立在实验基础上的理论公式为主，在公式形式方面更多地借鉴了钢结构设计理论，多采用表格形式【3】。②中国工程技术标准化协会标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS

6、28：90），主要依据钢管混凝土构件的实验结果，以经验回归公式为主【4】。③国家建材工业局颁布的《钢管混凝土结构设计施工规程》（JCJ01-89），在基本构件的计算中借用了混凝土结构设计理论的一些基本公式，根据钢筋混凝土构件的实验结果和理论分析建立起一套半经验半理论的计算公式和表格【5】。下面以这三种规程的计算公式为基础，对钢管混凝土核心受压柱的强度提高率与含钢率、钢管强度和核心混凝土强度的关系进行数值计算和分析。3.1《DL5099-97》规程N=fscAsc（3）f=（1.212+Bξ+Cξ2）fc（4）式中fsc——钢管混凝土轴心受压组合强度设计值，有现有的表格供使用者查用。

7、Asc——钢管混凝土构件截面面积，Asc=D2/4ξ——构件截面的套箍系数，ξ=ρ×fs/fcB——计算系数，B=0.1759fy/235+0.9740C——计算系数，C=-0.1038fck/20+0.0309fck——混凝土抗压强度标准值8式（4）采用统一理论，根据钢管混凝土受压时，钢管处于纵向受压、环向受拉的应力场，核心混凝土处于三向受压的应力场，由钢管和核心混凝土的本构关系合成钢管混凝土轴心受压的应力（名义平均应力）和应变全过程曲线，视钢管混凝土为单一的材料，