单肢钢管混凝土偏心受压柱的稳定承载力分析

全国兴 黄加平 吴启红

钢管混凝土是在钢管中填充混凝土而形成的构件，它是在劲性钢筋混凝土结构及螺旋配筋混凝土结构的基础上演变和发展起来的一种新型结构。钢管混凝土柱具有承载力高、经济、实用、美观等优点，在工业厂房和高层以及超高层建筑中得到了大量的应用[1-3]。

1 单肢钢管混凝土偏压柱主要影响因素参数分析

在实际工程中，由于受到初始缺陷、材料的不均匀性以及制造误差等因素的影响，大部分钢管混凝土构件都处于偏心受压状态。因此有必要研究构件的偏心率大小对钢管混凝土柱稳定极限承载力的影响。本文采用文献[5]的构件参数对钢管混凝土偏心受压柱进行弹塑性分析，基本参数见表1。

表1 偏心受压构件参数表

在用ANSYS对钢管混凝土进行分析时，主要通过构件的荷载—跨中位移关系来研究不同长细比、钢管壁厚、偏心距等因素对偏心受压钢管混凝土柱极限承载力影响的变化规律。

从图1～图3的参数分析中可以得到，随着偏心率和长细比的增加，钢管混凝土柱的稳定承载力明显降低。在相同的长细比下，偏心率越大，构件的极限承载力越低;在相同的偏心率下，长细比越大，构件的极限承载力越低。因此有必要考虑偏心率对钢管混凝土柱的影响。

有限元计算模型虽能准确地计算钢管混凝土柱的极限承载力，但计算过程较为复杂，方法也不便于实际应用，有必要提供钢管混凝土柱偏心受压的稳定承载力简化计算公式。

2 单肢钢管混凝土偏压柱的稳定承载力计算公式

2.1 考虑长细比影响的钢管混凝土轴心受压中长柱的稳定承载力计算公式

仿照普通钢柱和钢筋混凝土柱的处理方法，直接从大量的试验数据中找出因长细比的增长而使极限承载力降低的规律[4]。根据钢构件轴压承载力设计公式的建立方法，确定钢管混凝土中长柱的稳定系数φl:

由此可以得到考虑长细比影响的钢管混凝土偏压柱的稳定承载力计算公式为:

2.2 考虑长细比、偏心率影响的钢管混凝土轴心受压中长柱的稳定承载力计算公式

定义钢管混凝土柱承载力的偏心率折减系数为:

根据试验结果回归(见图4)，得到钢管混凝土柱承载力偏心率折减系数的计算公式为:

因此可以得到既考虑长细比影响，又考虑偏心率影响的钢管混凝土中长柱计算公式:

3 结语

通过相关实验数据来验证式(8)的正确性。主要考虑构件的长细比和偏心率对钢管混凝土柱稳定承载力的影响。

分析得到，当构件长细比一定时，钢管混凝土偏心受压柱的稳定承载力随构件的偏心距的增大而减小;当构件的偏心率一定时，钢管混凝土柱的稳定承载力随构件的长细比的增大而减小，反之则增大。式(8)的计算结果与实验值吻合良好，具有表达形式简单，计算精度高的特点，可供钢管混凝土结构工程设计时参考使用。

[1] 韩林海.钢管混凝土结构的特点及发展[J].工业建筑，1998，28(10):1-5.

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[3] 韩林海.钢管混凝土结构——理论与实践[M].北京:科学出版社，2004:340-342.

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[5] 赵均海，顾 强.钢管混凝土偏心受压极限承载力的实验研究及理论研究[J].工程力学，2001(sup):273-276.

[6] 陈 铭，何丽丽，巩伟平.浅谈钢结构稳定性设计[J].山西建筑，2008，34(5):118-119.

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