圆形和多边形钢管混凝土构件的承载能力

任务分析

通过本次学习任务了解钢管混凝土统一理论，掌握钢管混凝土短柱的轴心受压强度承载力设计值，钢管掌握混凝土构件的轴心受拉、受剪、收扭、玩承载力设计值。

知识集聚

钢管混凝土构件承载力的计算采用了“钢管混凝土统一理论”。统一理论把钢管混凝土看作是种组合材料，研究它的组合工作性能。它的工作性能具有统一性、连续性和相关性。

“统一性”首先反映在钢材和混凝土两种材料的统一。把钢管和混凝土视为一种组合材料来看待，用组合性能指标来确定其承载力。

其次是不同截面构件的承载力的计算是统一的。不论是实心或空心钢管混凝土构件，也无论是圆形、多边形还是正方形截面，只要是对称截面，设计的公式都是统一的。

“连续性”反映在钢管混凝土构件的性能变化是随着钢材和混凝土的物理参数，及构件的几何参数的变化而变化的，变化是连续的。

“相关性”反映在钢管混凝土构件在各种荷载作用下，产生的应力之间存在着相关性。

钢管混凝土柱的钢管在浇筑混凝土前，其轴心应力不宜大于钢管抗压强度设计值的60%，并应满足稳定性要求。

直径大于2 m 的圆形钢管混凝土构件及边长大于1.5 m 的矩形钢管混凝土构件，应采取有效措施减小钢管内混凝土收缩对构件受力性能的影响。

1.单肢钢管混凝土柱在单一受力状态下承载力与刚度

（1）单肢钢管混凝土柱在单一受力状态下承载力应符合下列公式要求：

式中 N、Nt、V、T、M—— 作用于构件的轴心压力、轴心拉力、剪力、扭矩、弯矩设计值；

Nu、Nut、Vu、Tu、Mt—— 钢管混凝土构件的轴心受压稳定、受拉、受剪、受扭、受弯承载力设计值。

（2）钢管混凝土短柱的轴心受压强度承载力设计值应按下列公式计算：

式中 No—— 钢管混凝土短柱的轴心受压强度承载力设计值（N）；

Asc—— 实心或空心钢管混凝土构件的截面面积，等于钢管和管内混凝土面积之和（mm2）；

fsc—— 实心或空心钢管混凝土抗压强度设计值（MPa）；

As、Ac—— 钢管、管内混凝土的面积（mm2）；

αsc—— 实心或空心钢管混凝土构件的含钢率；

θ—— 实心或空心钢管混凝土构件的套箍系数；

f —— 钢材的抗压强度设计值（MPa）；

fc—— 混凝土的抗压强度设计值（MPa），对于空心构件，fc均应乘以1.1；

B、C—— 截面形状对套箍效应的影响系数。

注：矩形截面应换算成等效正方形截面进行计算，等效正方形的边长为矩形截面的长短边边长的乘积的平方根。

（3）钢管混凝土构件的轴心受拉承载力设计值应按下式计算：

式中 Nut—— 钢管混凝土构件轴心受拉承载力设计值（N）；

C1—— 钢管受拉强度提高系数，实心截面取 C1＝ 1.1，空心截面取 C1＝1.0。

（4）钢管混凝土构件的受剪承载力设计值应按下列公式计算：(www.xing528.com)

实心截面

空心截面

式中 Vu—— 实心或空心钢管混凝土构件的受剪承载力设计值（N）；

Asc—— 实心或空心钢管混凝土构件的截面面积（mm2），即钢管面积和混凝土面积之和；

ψ —— 空心率，对于实心构件取0；

Ac、Ah—— 分别为混凝土面积和空心部分面积（mm2）；

fsc—— 钢管混凝土受剪强度设计值（MPa）；

αsc—— 钢管混凝土构件的含钢率。

钢管混凝土构件受拉力作用时，管内混凝土将开裂，不承受拉力作用，只有钢管承担全部拉力。不过，钢管受拉力作用而伸长时，径向将收缩；但却受到管内混凝土的阻碍，而成为纵向受拉而环向也受拉的双向拉应力状态，其受拉强度将提高。提高值和所受来自混凝土的阻力大小有关。对于实心截面，钢管的受拉强度提高10%；对于空心截面，由于管内混凝土较少，偏于安全计，不考虑钢管受拉强度的提高。

（5）钢管混凝土构件的受扭承载力设计值应按下列公式计算：

实心截面

空心截面

式中 Tu—— 实心或空心钢管混凝土构件的受扭承载力设计值（N·mm）；

WT—— 对应实心钢管混凝土构件的截面受扭模量（mm3）；

r0—— 等效圆半径（mm）。圆形截面取钢管外半径，圆形截面取按面积相等等效成圆形的外半径。

（6）钢管混凝土构件的受弯承载力设计值应按下列公式计算：

式中： fsc—— 实心或空心钢管混凝土抗压强度设计值（MPa）；

γm—— 塑性发展系数。对实心圆形截面取1.2；

Wsc—— 受弯构件的截面模量（mm3），也可按下表中A 计算；

ro—— 等效圆半径（mm），圆形截面为半径，非圆形截面为按面积相等等效成圆形的半径；

Roi—— 空心半径（mm），对实心构件取0。

注：六边形截面根据等效圆截面原理计算：已知边长 a 和钢管厚度 t，则形心至边的垂直距离r＝2.514a，形心至钢材内壁的垂直距离 r1＝ r - t，由此得等效圆截面的半径R＝2.53a；等效圆截面钢管的内半径 Rco＝1.007(2.5137a - t)，等效圆截面钢管的厚度t ＝ R -Rco。

2.截面

空心部分的半径 rcl，空心部分的面积Ah＝πrcl2，空心部分的惯性矩Ih＝πrcl4/4，由此可计算各种截面的混凝土部分的面积和惯性矩。

任务书

1.钢管混凝土构件承载力的计算采用什么理论？钢管混凝土构件工作性能？

2.钢管混凝土构件的套箍系数值大小对钢管混凝土构件轴心受压强度承载力是否有影响？为什么？

3.钢管混凝土构件的含钢率数值大小对钢管混凝土构件受剪承载力是否有影响？为什么？