关于钢管混凝土结构承载力的分析与探讨

关于钢管混凝土结构承载力的分析与探讨

熊帅

华南理工大学510000

摘要：随着我国经济和建设事业的迅猛发展，近年来，钢管混凝土以其独特的优势在各项建设事业中得到了较为广泛的应用，并且也是发展前景极为广阔的一种结构形式。为了更安全合理地推广应用钢管混凝土结构，本文主要对不同截面形式钢管混凝土结构的承载力进行了分析。

关键词：不同截面；钢管混凝土结构；承载力

1.钢管混凝土结构概述

钢管混凝土结构是将混凝土注入封闭的薄壁钢管内形成的组合结构，通常用于轴心受压或偏心受压的柱，且一般都不再配筋，只有在极少数的情况下，例如柱子承受很大的压力，或压力小而弯矩大时，则在管内配置纵向钢筋和箍筋。

钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土结构、螺旋配筋混凝土结构以及钢结构的基础上演变和发展起来的一种新型结构。在性能方面，它利用钢管和混凝土材料在受力过程中的相互制约，不仅弥补了两种材料各自的缺点，而且能充分发挥二者的优点，使整个结构具有良好的受力性能。由于钢管的存在，使核心混凝土处于三向受力的复杂应力状态，不仅使混凝土的强度提高，而且使原本脆性的混凝土由于受钢管的约束成为具有一定塑性性能的材料。

所以在钢管混凝土结构中，承载力是很重要的性质。对于不同截面的钢管混凝土结构，其截面形式的受力特点及承载力是不同的，所以，下面就几种不同截面钢管混凝土结构的承载力进行分析。

2.不同截面形式钢管混凝土结构的承载力分析

2.1常用截面形式

2.1.1圆形截面

圆形钢管混凝土是目前研究最为充分的截面形式且在工程中应用也最为广泛。对于圆形钢管混凝土柱，混凝土受到钢管对其均匀约束作用。圆形钢管混凝土承载力及变形能力均优于其他截面形式钢管混凝土构件。由于圆形钢管对于混凝土约束效果比较好，所以圆形钢管混凝土构件主要用于轴压及小偏心受压构件。对于大偏心受压构件来说，由于受拉侧钢管不能对混凝土约束，因此混凝土三向受压性能不能得到发挥。

2.1.2方形截面

方形钢管混凝土构件在结构中应用也很广泛，但是方形钢管对于混凝土的约束不如圆形钢管的约束效果好，方形钢管混凝土的承载力明显低于圆形钢管混凝土。研究表明，方形钢管对于内部混凝土的约束可以分为两个部分：有效约束区和非有效约束区，二者的界限为一抛物线，有效约束区的混凝土极限抗压强度是高于非有效约束区，非有效约束区的混凝土所受到侧向约束是不均匀的。

2.1.3八边形截面

采用圆形钢管混凝土时，在节点区域将会消耗大量的钢材同时给施工带来很大的困难，影响结构的整体经济效益。对于方形钢管混凝土柱，由于外钢管的四个角部分应力集中比较严重，易出现薄弱区域，特别对于抗震不利。同时当构件截面的钢管的宽厚比很大时，则要考虑钢管局部屈曲。采用八边形钢管混凝土结构不仅可以缓解方形钢管混凝土四角应力集中问题及局部屈曲，同时可以兼顾到圆形钢管的约束效果。八边形钢管对于混凝土的约束也分为有效约束区及非有效约束区，且二者界限也为一抛物线。但是由于八边形钢管其角点为120度相比于方形钢管混凝土角点90度，其尖锐性缓解很多，有效缓解了方形钢管混凝土角点应力集中问题，同时又兼顾了方形钢管混凝土梁柱节点的连接，相比于圆形和方形钢管混凝土结构具有一定的优势。各截面应力图如图1所示。

其中ξ为套箍系数；σu为截面平均应力。

为了考虑到截面形式不同对钢管混凝土柱承载力的差异，计算试件计算共分为两组A1和A2两组。A1和A2组中三种截面钢管混凝土柱的截面面积是相等的，套箍系数和混凝土强度都是相等的，在此基础上计算出截面的平均应力σu。分别比较A1和A2组中的试件可以发现，在相同套箍系数情况下，圆形钢管混凝土截面平均应力最大，方形最小，八边形截面应力介于中间但更接近于圆形截面。纵向比较A1和A2里面试件，可以发现，A2中试件的边长是A1中的1.5倍，可以看出，当钢管混凝土柱的尺寸增大时候，以上规律仍然是存在的。

结束语：

综上所述，钢管混凝土结构是利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用、协同互补从而提高了结构的延性和塑性性能。本文通过对圆形、正方形、八边形三种不同截面形式钢管混凝土结构承载力的分析，可以总结出在使用同等材料的情况下，圆形钢管混凝土承载力比方形及八边形的钢管承载力要高，但圆形钢管混凝土梁柱节点较为复杂，不利于工程利用。另外，从多边形的发展趋势来看，多边形形边长数多可以有效缓解角点应力集中问题，同时也方便与梁柱节点连接。

参考文献

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