一种钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法技术

一种钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法，建立了圆形、方形、方形含圆角钢管混凝土短柱的统一轴压承载力的表达式其中，代表MCF；代表钢管混凝土截面中混凝土的截面面积；代表钢管混凝土截面中钢管的截面面积；CF是约束效应系数。本发明专利技术用于方形、圆形及方形带圆角的三种钢管混凝土短柱轴压承载力计算，其计算表达式实现了的统一，基于成熟通用的钢和混凝土屈服准则建立的承载力表达式概念清晰，也符合截面变化规律，并且承载力计算公式则不受材料强度的限制，适用于多种钢管混凝土短柱轴压承载力计算。于多种钢管混凝土短柱轴压承载力计算。于多种钢管混凝土短柱轴压承载力计算。

A calculation method of axial compression bearing capacity of concrete filled steel tubular short columns

【技术实现步骤摘要】
一种钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法


[0001]本专利技术涉及一种工程中承载力计算方法，具体的说是一种钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法。

技术介绍

[0002]现有对于钢管混凝土短柱轴压承载力计算主要有四种规范，中国规范GB50936
‑
2014、日本AIJ 2001、欧洲规范Eurocode 4 、美国规范AISC 360
‑
16，上述四个规范仅能提供圆形和方形截面钢管混凝土承载力计算公式，相关公式如下表：
由表可知，圆形钢管混凝土与方形钢管混凝土承载力计算表达式的是不统一的，且需要计算很多参数，另外对于方形带圆角的钢管混凝土，上述四种规范均无法计算其轴压承压力，并且上述规范提供的轴压承载力计算公式无法实现圆形钢管混凝土和方形钢管混凝土的有效统一，也无法体现两种截面（方形截面和圆形截面）内在的连续性的演化规律（也即体现截面的形状因子变化规律对截面承载力的影响）。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的缺陷和不足，为人们提供一种钢管混凝土短柱轴压承载力统一的计算方法，用于方形、圆形及方形带圆角的三种钢管混凝土短柱轴压承载力计算。
[0004]为实现上述目的本专利技术所采取的技术方案是：该钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法，它包括如下步骤：第一步：通过钢管混凝土的外径D、钢管的厚度t、钢管截面内径B，圆角半径的数值，其中＝0为方形钢管混凝土短柱，＝B/2为圆形钢管混凝土短柱，0<< B/2为方形带圆角钢管混凝土短柱，体现了方形截面到圆形截面的连续演化；建立上述三种钢管混凝土截面反应截面连续演化对混凝土约束效应影响的形状因子表达式其中，是圆角半径与钢管截面内径B的比值；第二步：建立上述三种钢管混凝土截面的反应钢管对混凝土的约束效应的约束因子MCF表达式其中，是钢材的屈服强度，是混凝土轴心抗压强度的标准值；第三步：建立钢管内混凝土的有效围压表达式其中， 参数是钢管的环向应力与钢管屈服强度的比值；第四步：建立钢管的轴压应力表达式；第五步：建立钢管约束状态下混凝土的轴压应力表达式
；第六步，建立圆形、方形、方形含圆角截面的统一轴压承载力的表达式其中，代表MCF；代表钢管混凝土截面中混凝土的截面面积；代表钢管混凝土截面中钢管的截面面积；CF是约束效应系数。
[0005]约束效应系数CF的计算，对于圆形、方形、方形带圆角钢管混凝土：。
[0006]参数的计算，对于圆形钢管混凝土：其中，当混凝土圆柱体强度MPa，；当混凝土圆柱体强度MPa ，；当混凝土圆柱体强度60 MPa<<70 MPa， 通过线性插值求得；对于方形钢管混凝土：对于方形带圆角钢管混凝土：。
[0007]第一步中形状因子的范围是。
[0008]本专利技术用于方形、圆形及方形带圆角的三种钢管混凝土短柱轴压承载力计算，其计算表达式实现了的统一，基于成熟通用的屈服准则建立的承载力表达式概念清晰，也符合截面变化规律，并且承载力计算公式则不受材料强度的限制，适用于多种钢管混凝土短柱轴压承载力计算。与现有规范计算公式相比，有更简便、更加准确、更加稳定的特点，并且实现了圆形和方形钢管混凝土承载力计算公式的统一，物理意义更加清晰和明确。
附图说明
[0009]图1为方形、圆形及方形带圆角钢管混凝土短柱的截面。
[0010]图2为钢管混凝土轴压承载力的演化规律示意图。
[0011]图3为圆形钢管混凝土实验数据与本文的承载力计算公式、现有规范的计算公式对比情况。
[0012]图4为方形钢管混凝土实验数据与本文的承载力计算公式、现有规范的计算公式对比情况。
具体实施方式
[0013]如图1所示，我们可以通过测量获得钢管混凝土的外径D、钢管的厚度t、钢管截面内径B，圆角半径的数值，其中＝0为方形钢管混凝土短柱，＝B/2为圆形钢管混凝土短柱，0<< B/2为方形带圆角钢管混凝土短柱，体现了方形截面到圆形截面的连续演化。
[0014]钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法，它包括如下步骤：第一步：通过钢管混凝土的外径D、钢管的厚度t、钢管截面内径B，圆角半径的数值，建立上述三种钢管混凝土截面反应截面连续演化对混凝土约束效应影响的形状因子表达式其中，是圆角半径与钢管截面内径B的比值。
[0015]形状因子的范围是：。
[0016]第二步：建立上述三种钢管混凝土截面的反应钢管对混凝土的约束效应的约束因子MCF表达式其中，是钢材的屈服强度，是混凝土轴心抗压强度的标准值。
[0017]第三步：建立钢管内混凝土的有效围压表达式其中， 参数是钢管的环向应力与钢管屈服强度的比值。
[0018]第四步：建立钢管的轴压应力表达式。
[0019]第五步：建立钢管约束状态下混凝土的轴压应力表达式。
[0020]第六步，建立圆形、方形、方形含圆角截面的统一轴压承载力的表达式
其中，代表MCF；代表钢管混凝土截面中混凝土的截面面积；代表钢管混凝土截面中钢管的截面面积；CF是约束效应系数。
[0021]约束效应系数CF的计算，对于圆形、方形、方形带圆角钢管混凝土：。
[0022]参数的计算，对于圆形钢管混凝土：其中，当混凝土圆柱体强度MPa，；当混凝土圆柱体强度MPa，；当混凝土圆柱体强度60 MPa<<70 MPa， 通过线性插值求得；对于方形钢管混凝土：对于方形带圆角钢管混凝土：。
[0023]如图2所示，同种截面参数情况下（比如：相同的截面内径B，相同钢管壁厚t，相同的钢材屈服强度和相同的混凝土轴心抗压强度的标准值，相同的钢管环向应力与钢管屈服强度的比值），圆形、方形以及方形与圆形之间的连续过渡截面（也即方形带圆角）的钢管混凝土轴压承载力的演化规律示意图。
[0024]图4反应了同种条件下，随着方形钢管混凝土短柱逐步演化为圆形钢管混凝土短柱，其轴压承载力是逐渐提高的，并且轴压承载力的提高是连续变化的，承载力的逐步提高也间接说明钢管对混凝土的约束作用逐渐增强，这样也合理解释了上述四种规范建议的承载力计算公式，对于圆形截面，均考虑了钢管对混凝土的约束作用，对于方形截面，四种规范均弱化了钢管对混凝土的约束作用，甚至不考虑钢管混凝土的约束作用（比如美国规范AISC 360
‑
16）。
[0025]与四种规范计算公式相比，本专利技术专利计算公式具有如下有点：1、承载力计算公式简单，需要计算的参数少（仅仅需要计算参数），中国规范需要计算三个参数，欧洲规范需要计算三个参数。
[0026]2、实现了圆形钢管混凝土与方形钢管混凝土承载力计算表达式的统一，本质上，方形截面和圆形截面之间截面形状变化应该是连续的，因此，承载力计算表达式也应该是
统一的，但是，上述规范对于两种截面形状给出了不同的承载力计算公式，物理概念不清晰，而本专利技术专利的计算表达式实现了两者的统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钢管混凝土短柱轴压承载力计算方法，其特征在于它包括如下步骤：第一步：通过钢管混凝土的外径D、钢管的厚度t、钢管截面内径B，圆角半径的数值，其中＝0为方形钢管混凝土短柱，＝B/2为圆形钢管混凝土短柱，0<< B/2为方形带圆角钢管混凝土短柱，体现了方形截面到圆形截面的连续演化；建立上述三种钢管混凝土截面反应截面连续演化对混凝土约束效应影响的形状因子表达式其中，是圆角半径与钢管截面内径B的比值；第二步：建立上述三种钢管混凝土截面的反应钢管对混凝土的约束效应的约束因子MCF表达式其中，是钢材的屈服强度，是混凝土轴心抗压强度的标准值；第三步：建立钢管内混凝土的有效围压表达式其中， 参数是钢管的环向应力与钢管屈服强度的比值；第四步：建立钢管的轴压应力表达式；第五步：建立钢管约束状态下混凝土的轴压应力表达式；第六步...

【专利技术属性】
技术研发人员：高钦，李俊华，沈健，
申请(专利权)人：高钦，
类型：发明
国别省市：