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鋼管混凝土構(gòu)件截面剛度的規(guī)程對(duì)比分析

2013-03-02 07:21:24朱益鄭懿
山西建筑 2013年3期
關(guān)鍵詞:見(jiàn)式軸壓技術(shù)規(guī)程

朱益 鄭懿

(深圳市華納國(guó)際建筑設(shè)計(jì)有限公司,浙江杭州 310000)

0 引言

鋼管混凝土柱利用外鋼管和核心混凝土的相互作用,提高了混凝土的強(qiáng)度和變形能力,并延緩了鋼管的屈曲,使構(gòu)件具有優(yōu)越的承載能力和良好的變形能力,因此得到了廣泛的研究和應(yīng)用[1]。依據(jù)截面形式的不同,可分為圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土和矩形鋼管混凝土,其中前兩類應(yīng)用較為廣泛,相應(yīng)的規(guī)范如國(guó)內(nèi)DBJ 13-51-2003鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[2],DL/T 5085-1999鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[3],GJB 4142-2000戰(zhàn)時(shí)軍港搶修早強(qiáng)型組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[4],國(guó)外如日本的AIJ(1997)[5]等。此外,眾所周知,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),截面剛度起著重要作用。借此,本文以圓鋼管混凝土和方鋼管混凝土為研究對(duì)象,以截面含鋼率為參數(shù),對(duì)各規(guī)范間的關(guān)于軸壓剛度和抗彎剛度進(jìn)行了詳細(xì)比較,最后通過(guò)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)加以說(shuō)明,供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考。

1 規(guī)范基本規(guī)定

對(duì)于軸壓剛度,文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]、文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]分別視圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土為一體,用組合模量的方法進(jìn)行標(biāo)示,而文獻(xiàn)[5]則采用鋼管和混凝土各自軸壓剛度之和,具體見(jiàn)式(1)~式(3):

圓鋼管混凝土:

圓鋼管混凝土[5]:

方鋼管混凝土:

文獻(xiàn)[5]關(guān)于方鋼管混凝土軸壓剛度的求解類同式(2)。

對(duì)于抗彎剛度,文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[5]采用外鋼管和核心混凝土各自抗度疊加原理計(jì)算,而文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]則采用組合抗彎彈性模量計(jì)算,具體見(jiàn)式(4)~式(6)。

文獻(xiàn)[2]:

當(dāng)為圓鋼管混凝土?xí)r,a0=0.8,當(dāng)為方鋼管混凝土?xí)r,a0=0.6。

文獻(xiàn)[5]:

文獻(xiàn)[3]:

n=Es/Ec,β=Is/Ic,αs=As/Ac,Esc見(jiàn)式(1),式(3)。

文獻(xiàn)[4]計(jì)算方法類同式(6)。

2 軸壓剛度

由式(1)~式(3)可知,文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]、文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]關(guān)于軸壓剛度的區(qū)別在于組合強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的取法不同,而該值主要由約束效應(yīng)系數(shù)和材料強(qiáng)度種類決定。此外,在實(shí)際應(yīng)用中,鋼材主要采用Q345型,混凝土等級(jí)普遍為C40~C60之間,此外,文獻(xiàn)[2]的含鋼率范圍為0.04~0.2。借此,在參數(shù)分析時(shí),鋼材取為Q345,混凝土為C40,此時(shí),組合強(qiáng)度設(shè)計(jì)值由約束效應(yīng)系數(shù)決定,等同于含鋼率決定。據(jù)此,圖1和圖2分別給出了圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土的軸壓剛度差與含鋼率的關(guān)系曲線,其中軸壓剛度差是以文獻(xiàn)[2]的計(jì)算值為標(biāo)準(zhǔn),文獻(xiàn)[3]~[5]計(jì)算值的增值幅度。

圖1 軸壓剛度差和含鋼率的關(guān)系(一)

圖2 軸壓剛度差和含鋼率的關(guān)系(二)

由圖1,圖2可知,對(duì)于圓鋼管混凝土軸壓剛度,文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]較接近,差值幅度在10%以內(nèi),文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[2]的差值幅度在含鋼率較小或較大時(shí)較明顯;對(duì)于方鋼管混凝土軸壓剛度,文獻(xiàn)[4]和文獻(xiàn)[2]較接近,差值幅度在5%以內(nèi),文獻(xiàn)[5]和文獻(xiàn)[2]類同圓鋼管混凝土。

3 抗彎剛度

類同軸壓剛度,采用上述材料強(qiáng)度。由式(6)可知,要求得文獻(xiàn)[3]和文獻(xiàn)[4]規(guī)定的圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土的抗彎剛度,應(yīng)事先知組合彈性模量和K2系數(shù),而由式(1),式(3)可知,兩變量都取決于含鋼率。據(jù)此,圖3,圖4分別給出了圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土的抗彎剛度差與含鋼率的關(guān)系,其中抗彎剛度差是以文獻(xiàn)[2]的計(jì)算值為標(biāo)準(zhǔn),文獻(xiàn)[3]~[5]計(jì)算值的增值幅度。

圖3 抗彎剛度差和含鋼率的關(guān)系(一)

由圖3,圖4可知,對(duì)于圓鋼管混凝土,文獻(xiàn)[3]較文獻(xiàn)[2]抗彎剛度的增值在含鋼率較大時(shí)較明顯,而文獻(xiàn)[5]在任意含鋼率時(shí)顯著偏小于文獻(xiàn)[2];對(duì)于方鋼管混凝土,文獻(xiàn)[4]較文獻(xiàn)[2]的增值均在15%附近,而文獻(xiàn)[5]顯著偏小于文獻(xiàn)[2]。

4 工程應(yīng)用

以兩跨三層的平面框架為例,如圖5所示,當(dāng)采用方鋼管混凝土柱時(shí)柱子截面均為 當(dāng)采用圓鋼管混凝土?xí)r,柱子截面為150 mm×6 mm。按照?qǐng)D5的加載圖,以及根據(jù)文獻(xiàn)[2]~[5],求得了層間位移,如表1所示,表1中括號(hào)內(nèi)的數(shù)值是相對(duì)文獻(xiàn)[2]計(jì)算值的百分率。

圖4 抗彎剛度差和含鋼率的關(guān)系(二)

圖5 結(jié)構(gòu)示意圖

表1 各結(jié)構(gòu)層層間位移值的規(guī)范比較

由表1可知,無(wú)論方鋼管混凝土還是圓鋼管混凝土,結(jié)構(gòu)層間位移差別顯著,在選擇標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)進(jìn)行合理比較。

5 結(jié)語(yǔ)

以圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土作為研究對(duì)象,對(duì)常用規(guī)范關(guān)于軸壓剛度和抗彎剛度進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)比較分析,指出文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]、文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[4]關(guān)于軸壓抗度相差很小,但抗彎剛度差別顯著,文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[5]關(guān)于軸壓抗度、抗彎剛度差別均較明顯。

[1] 韓林海.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)理論與實(shí)踐[M].北京:科學(xué)出版社,2007.

[2] DBJ 13-51-2003,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] DL/T 5085-1999,鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[S].

[4] GJB 4142-2000,戰(zhàn)時(shí)軍港搶修早強(qiáng)型組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[5] AIJ,1997.Recommendations for design and construction of concrete filled steel tubular structures[S].Architectural Institute of Japan(AIJ),Tokyo,Japan.

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