基于轴向承载力的设计格构式钢骨混凝土柱的方法技术

本发明专利技术公开了基于轴向承载力的设计格构式钢骨混凝土柱的方法，属于土木工程的结构设计领域。本发明专利技术提供了基于轴向承载力的设计格构式钢骨混凝土柱的方法，使用此方法设计格构式钢骨混凝土柱时，仅需先通过公式计算得到格构式钢骨混凝土柱的轴向承载力N

【技术实现步骤摘要】
基于轴向承载力的设计格构式钢骨混凝土柱的方法
本专利技术涉及基于轴向承载力的设计格构式钢骨混凝土柱的方法，属于土木工程的结构设计领域。
技术介绍
格构式钢骨混凝土柱是建筑物的竖向受力构件。如图1～2所示，格构式钢骨混凝土柱包含混凝土1，位于混凝土内部的钢筋骨架2，以及位于钢筋骨架内部的钢骨架3，钢筋骨架2为由纵筋4、箍筋5和拉筋8围成的方形钢筋骨架，钢骨架3包含四块L型钢6，相邻两块L型钢6之间连接有若干缀板7，使得四块L型钢6可围成一个上下敞口的立方体，拉筋8位于上下相邻两块缀板7之间，且拉筋8的两端与箍筋5相连。在格构式钢骨混凝土柱中，由L型钢与缀板焊接形成钢骨架，能够为核心混凝土提供较强的约束作用；外部钢筋混凝土能够在一定程度上避免或延缓钢骨架的局部屈曲，使得其材料性能充分发挥；钢筋骨架在减缓外部钢筋混凝土开裂的同时能进一步增强钢骨架的约束作用，有利于进一步提升组合梁的抗弯性能。因此，格构式钢骨混凝土柱的性能较常规钢骨混凝土柱有明显的提升，格构式钢骨混凝土柱在建筑领域的应用也越来越广泛，根据实际应用场景对格构式钢骨混凝土柱进行施工和设计在建筑领域也越来越重要。对于混凝土柱而言，其轴向承载力是施工和设计的基础。目前，混凝土柱轴向承载力的获得方法主要有试验加载法、数值模拟法和公式计算法三种，其中，由于试验加载法的成本较高，并且，由于数值模拟法的过程较繁琐和复杂，十分耗费时间，因此，公式计算法在实际应用中更具优势。现阶段，用于获得常规钢骨混凝土柱轴向承载力的公式计算法已经较成熟，例如规范JGJ138-2016、ACI318-05及Eurocode4-2004的计算方法等，但是，由于格构式钢骨混凝土柱的结构不同于简单的钢管混凝土，故上述混凝土强度均采用非约束混凝土的轴心抗压强度，未考虑钢筋骨架与钢骨架对混凝土横向约束作用的针对常规钢骨混凝土柱的计算方法都不能准确地计算其轴向承载力。因此，急需找到一种可准确计算格构式钢骨混凝土柱轴向承载力的方法以设计格构式钢骨混凝土柱。
技术实现思路
[技术问题]本专利技术要解决的技术问题是提供一种可准确计算格构式钢骨混凝土柱轴向承载力的方法以设计格构式钢骨混凝土柱。[技术方案]为了解决上述问题，本专利技术提供了基于轴向承载力的设计格构式钢骨混凝土柱的方法，所述方法包括以下步骤：①根据公式flesb＝fyhAsh和f'le＝ke1ρv1fyh计算得到格构式钢骨混凝土柱的箍筋对外部钢筋混凝土提供的横向约束力fle和环向有效约束应力f'le；其中，ρv1为格构式钢骨混凝土柱的箍筋的体积配箍率，计算公式为ρv1＝Ash/sb；ke1为格构式钢骨混凝土柱的箍筋对混凝土的环向有效约束系数，计算公式为fyh为格构式钢骨混凝土柱的箍筋的屈服强度；w'i为格构式钢骨混凝土柱的相邻纵筋之间的净距；n为格构式钢骨混凝土柱的截面纵筋(垂直截面布置的钢筋，即箍筋和拉筋)的个数；b为格构式钢骨混凝土柱的箍筋宽度；Ash为格构式钢骨混凝土柱的一个单元体(沿柱高，即Z方向一米)内沿x或y方向箍筋的总面积；s为格构式钢骨混凝土柱的箍筋间距；s'为格构式钢骨混凝土柱的箍筋净距；ρcc为格构式钢骨混凝土柱的纵筋与受约束混凝土(纵筋内混凝土)的面积比；②根据公式frbcsc＝fysAsb和f'r＝ke2ρv2fys计算得到格构式钢骨混凝土柱的缀板对核心混凝土提供的约束应力fr和有效约束应力f'r；其中，ρv2为格构式钢骨混凝土柱的缀板的体积配箍率，计算公式为ρv2＝Asb/bcsc；ke2为格构式钢骨混凝土柱的缀板对核心混凝土的有效约束系数，计算公式为fys为格构式钢骨混凝土柱的缀板的抗拉强度；w”i为格构式钢骨混凝土柱的相邻L型钢之间的净距；Asb为格构式钢骨混凝土柱的一个单元体(沿柱高，即Z方向一米)内沿x或y方向缀板的总面积；sc为格构式钢骨混凝土柱的缀板间距；s'c为格构式钢骨混凝土柱的缀板净距；ρ'cc为格构式钢骨混凝土柱的L型钢与核心混凝土的面积比；③根据公式计算得到格构式钢骨混凝土柱的箍筋约束混凝土(箍筋内缀板外混凝土，即图9中标出的fcc1第二层阴影部分)强度fcc1和核心混凝土强度fcc2；其中，fc0为格构式钢骨混凝土柱的未约束混凝土(箍筋外混凝土，即图9中标出fc0第三层阴影部分)强度，按混凝土本身强度取值；fl为格构式钢骨混凝土柱的侧向有效约束应力，对于箍筋约束混凝土(箍筋内缀板外混凝土，即图9中标出的fcc1第二层阴影部分)，fl＝f'le，对于核心混凝土，fl＝f'e，f'e＝f'le+f'r；④根据公式NLSRC＝NRC+NARC计算得到格构式钢骨混凝土柱的轴向承载力NLSRC；其中，NRC为外包混凝土部分的轴向承载力，计算公式为NRC＝fc0Ac1+fcc1Ac2+fylAl；Ac1为格构式钢骨混凝土柱的外包混凝土(即图9标出最外层阴影部分)的截面面积；fcc1为格构式钢骨混凝土柱的箍筋约束混凝土强度；Ac2为格构式钢骨混凝土柱的箍筋约束混凝土(箍筋内缀板外混凝土，即图9中标出的fcc1第二层阴影部分)的截面面积；fyl为格构式钢骨混凝土柱的纵筋的抗压强度；Al为格构式钢骨混凝土柱的纵筋的截面总面积；NARC为格构式钢骨混凝土柱的核心混凝土部分的轴向承载力，计算公式为NARC＝fcc2Ac3+fyaAa；fcc2为格构式钢骨混凝土柱的核心混凝土强度；Ac3为格构式钢骨混凝土柱的核心混凝土的截面面积；fya为格构式钢骨混凝土柱的L型钢的抗压强度；Aa为格构式钢骨混凝土柱的L型钢的截面总面积；⑤根据计算得到的格构式钢骨混凝土柱的轴向承载力NLSRC，当计算得到的格构式钢骨混凝土柱的抗弯承载力NLSRC不超过格构式钢骨混凝土柱的轴向极限承载力Nmax时，根据输入计算公式的数据设计格构式钢骨混凝土柱，当计算得到的格构式钢骨混凝土柱的抗弯承载力NLSRC超过格构式钢骨混凝土柱的轴向极限承载力Nmax时，调整输入计算公式的数据直至计算得到的承载力不超过格构式钢骨混凝土柱的轴向极限承载力Nmax，并以此数据设计格构式钢骨混凝土柱。在本专利技术的一种实施方式中，所述格构式钢骨混凝土柱包含混凝土1，位于混凝土内部的钢筋骨架2，以及位于钢筋骨架内部的钢骨架3；所述钢筋骨架2为由纵筋4、箍筋5和拉筋8围成的方形钢筋骨架；所述钢骨架3包含四块L型钢6，相邻两块L型钢6之间连接有若干缀板7，使得四块L型钢6可围成一个上下敞口的立方体。在本专利技术的一种实施方式中，所述拉筋8位于上下相邻两块缀板7之间，且所述拉筋8的两端与箍筋5相连。在本专利技术的一种实施方式中，所述拉筋8垂直或平行于缀板7。在本专利技术的一种实施方式中，上下相邻两个拉筋8之间互相垂直。在本专利技术的一种实施方式中，所述纵筋4有八根，其中四根纵筋4分别位于钢筋骨架2的四角，其余四根纵筋4分别位于钢筋骨架2的四条边的中点。在本专利技术的一种实施方式中，所述拉筋8连接于箍筋5和位于钢筋骨架2的四条边的中点的纵筋4的相交处。在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于轴向承载力的设计格构式钢骨混凝土柱的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n①根据公式f

【技术特征摘要】
1.基于轴向承载力的设计格构式钢骨混凝土柱的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
①根据公式flesb＝fyhAsh和f′le＝ke1ρv1fyh计算得到格构式钢骨混凝土柱的箍筋对外部钢筋混凝土提供的横向约束力fle和环向有效约束应力f′le；
其中，ρv1为格构式钢骨混凝土柱的箍筋的体积配箍率，计算公式为ρv1＝Ash/sb；ke1为格构式钢骨混凝土柱的箍筋对混凝土的环向有效约束系数，计算公式为fyh为格构式钢骨混凝土柱的箍筋的屈服强度；w′i为格构式钢骨混凝土柱的相邻纵筋之间的净距；n为格构式钢骨混凝土柱的截面纵筋的个数；b为格构式钢骨混凝土柱的箍筋宽度；Ash为格构式钢骨混凝土柱的一个单元体内沿x或y方向箍筋的总面积；s为格构式钢骨混凝土柱的箍筋间距；s'为格构式钢骨混凝土柱的箍筋净距；ρcc为格构式钢骨混凝土柱的纵筋与受约束混凝土的面积比；
②根据公式frbcsc＝fysAsb和f′r＝ke2ρv2fys计算得到格构式钢骨混凝土柱的缀板对核心混凝土提供的约束应力fr和有效约束应力f′r；
其中，ρv2为格构式钢骨混凝土柱的缀板的体积配箍率，计算公式为ρv2＝Asb/bcsc；ke2为格构式钢骨混凝土柱的缀板对核心混凝土的有效约束系数，计算公式为fys为格构式钢骨混凝土柱的缀板的抗拉强度；w″i为格构式钢骨混凝土柱的相邻L型钢之间的净距；Asb为格构式钢骨混凝土柱的一个单元体内沿x或y方向缀板的总面积；sc为格构式钢骨混凝土柱的缀板间距；s′c为格构式钢骨混凝土柱的缀板净距；ρ′cc为格构式钢骨混凝土柱的L型钢与核心混凝土的面积比；
③根据公式计算得到格构式钢骨混凝土柱的箍筋约束混凝土强度fcc1和核心混凝土强度fcc2；
其中，fc0为格构式钢骨混凝土柱的未约束混凝土强度；fl为格构式钢骨混凝土柱的侧向有效约束应力，对于箍筋约束混凝土，fl＝f′le，对于核心混凝土，fl＝f′e，f′e＝f′le+f′r；
④根据公式NLSRC＝NRC+NARC计算得到格构式钢骨混凝土柱的轴向承载力NLSRC；
其中，NRC为外包混凝土部分的轴向承载力，计算公式为NRC＝fc0Ac1+fcc1Ac2+fylAl；Ac1为格构式钢骨混凝土柱的外包混凝土的截面面积；fcc1为格构式钢骨混凝土柱的箍筋约束混凝土强度；Ac2为格构式钢骨混凝土柱的箍筋约束混凝土的截面面积；fyl为格构式钢骨混凝土柱的纵筋的抗压强度；Al为格构式钢骨混凝土柱的纵筋的截面总面积；NARC为格构式钢骨混凝土柱的核心混凝土部分的轴向承载力，计...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹昀，丁杰，夏雨，王城泉，陈洪，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32