APP下载

钢管混凝土构件截面刚度的规程对比分析

2013-03-02朱益郑懿

山西建筑 2013年3期
关键词:见式轴压技术规程

朱益 郑懿

(深圳市华纳国际建筑设计有限公司,浙江杭州 310000)

0 引言

钢管混凝土柱利用外钢管和核心混凝土的相互作用,提高了混凝土的强度和变形能力,并延缓了钢管的屈曲,使构件具有优越的承载能力和良好的变形能力,因此得到了广泛的研究和应用[1]。依据截面形式的不同,可分为圆钢管混凝土、方钢管混凝土和矩形钢管混凝土,其中前两类应用较为广泛,相应的规范如国内DBJ 13-51-2003钢管混凝土结构技术规程[2],DL/T 5085-1999钢—混凝土组合结构设计规程[3],GJB 4142-2000战时军港抢修早强型组合结构技术规程[4],国外如日本的AIJ(1997)[5]等。此外,众所周知,在结构设计时,截面刚度起着重要作用。借此,本文以圆钢管混凝土和方钢管混凝土为研究对象,以截面含钢率为参数,对各规范间的关于轴压刚度和抗弯刚度进行了详细比较,最后通过简单结构加以说明,供结构设计参考。

1 规范基本规定

对于轴压刚度,文献[2]和文献[3]、文献[2]和文献[4]分别视圆钢管混凝土、方钢管混凝土为一体,用组合模量的方法进行标示,而文献[5]则采用钢管和混凝土各自轴压刚度之和,具体见式(1)~式(3):

圆钢管混凝土:

圆钢管混凝土[5]:

方钢管混凝土:

文献[5]关于方钢管混凝土轴压刚度的求解类同式(2)。

对于抗弯刚度,文献[2]和文献[5]采用外钢管和核心混凝土各自抗度叠加原理计算,而文献[3]和文献[4]则采用组合抗弯弹性模量计算,具体见式(4)~式(6)。

文献[2]:

当为圆钢管混凝土时,a0=0.8,当为方钢管混凝土时,a0=0.6。

文献[5]:

文献[3]:

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

文献[4]计算方法类同式(6)。

2 轴压刚度

由式(1)~式(3)可知,文献[2]和文献[3]、文献[2]和文献[4]关于轴压刚度的区别在于组合强度设计值的取法不同,而该值主要由约束效应系数和材料强度种类决定。此外,在实际应用中,钢材主要采用Q345型,混凝土等级普遍为C40~C60之间,此外,文献[2]的含钢率范围为0.04~0.2。借此,在参数分析时,钢材取为Q345,混凝土为C40,此时,组合强度设计值由约束效应系数决定,等同于含钢率决定。据此,图1和图2分别给出了圆钢管混凝土、方钢管混凝土的轴压刚度差与含钢率的关系曲线,其中轴压刚度差是以文献[2]的计算值为标准,文献[3]~[5]计算值的增值幅度。

图1 轴压刚度差和含钢率的关系(一)

图2 轴压刚度差和含钢率的关系(二)

由图1,图2可知,对于圆钢管混凝土轴压刚度,文献[2]和文献[3]较接近,差值幅度在10%以内,文献[5]和文献[2]的差值幅度在含钢率较小或较大时较明显;对于方钢管混凝土轴压刚度,文献[4]和文献[2]较接近,差值幅度在5%以内,文献[5]和文献[2]类同圆钢管混凝土。

3 抗弯刚度

类同轴压刚度,采用上述材料强度。由式(6)可知,要求得文献[3]和文献[4]规定的圆钢管混凝土、方钢管混凝土的抗弯刚度,应事先知组合弹性模量和K2系数,而由式(1),式(3)可知,两变量都取决于含钢率。据此,图3,图4分别给出了圆钢管混凝土、方钢管混凝土的抗弯刚度差与含钢率的关系,其中抗弯刚度差是以文献[2]的计算值为标准,文献[3]~[5]计算值的增值幅度。

图3 抗弯刚度差和含钢率的关系(一)

由图3,图4可知,对于圆钢管混凝土,文献[3]较文献[2]抗弯刚度的增值在含钢率较大时较明显,而文献[5]在任意含钢率时显著偏小于文献[2];对于方钢管混凝土,文献[4]较文献[2]的增值均在15%附近,而文献[5]显著偏小于文献[2]。

4 工程应用

以两跨三层的平面框架为例,如图5所示,当采用方钢管混凝土柱时柱子截面均为 当采用圆钢管混凝土时,柱子截面为150 mm×6 mm。按照图5的加载图,以及根据文献[2]~[5],求得了层间位移,如表1所示,表1中括号内的数值是相对文献[2]计算值的百分率。

图4 抗弯刚度差和含钢率的关系(二)

图5 结构示意图

表1 各结构层层间位移值的规范比较

由表1可知,无论方钢管混凝土还是圆钢管混凝土,结构层间位移差别显著,在选择标准时应进行合理比较。

5 结语

以圆钢管混凝土、方钢管混凝土作为研究对象,对常用规范关于轴压刚度和抗弯刚度进行了详细的参数比较分析,指出文献[2]和文献[3]、文献[2]和文献[4]关于轴压抗度相差很小,但抗弯刚度差别显著,文献[2]和文献[5]关于轴压抗度、抗弯刚度差别均较明显。

[1] 韩林海.钢管混凝土结构理论与实践[M].北京:科学出版社,2007.

[2] DBJ 13-51-2003,钢管混凝土结构技术规程[S].

[3] DL/T 5085-1999,钢—混凝土组合结构设计规程[S].

[4] GJB 4142-2000,战时军港抢修早强型组合结构技术规程[S].

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

猜你喜欢

见式轴压技术规程
低温下船用钢材弹塑性曲线研究
复合材料修复含裂纹圆管的轴压承载特性研究
湖北出台磷石膏无害化处理技术规程
Effects of Landau damping and collision on stimulated Raman scattering with various phase-space distributions
碳纤维三向织物约束混凝土轴压力学性能研究
桥(门)式起重机起升机构高速浮动轴设计
二氟乙酰氯在含氟医药中的应用进展
园林施工中技术管理及技术规程的探讨
简述金银花栽培技术规程
西葫芦栽培技术规程