组合结构-1

组合结构•组合结构是在钢结构和混凝土结构的基础上发展起来的新型结构。•主要有以下几种结构形式：1.钢——混凝土组合受弯结构2.钢骨混凝土（劲性混凝土）结构3.钢管混凝土结构和外包钢结构组合结构钢管混凝土结构Concretefilledsteeltubular(CFST)structures参考书目•钟善桐，钢管混凝土结构，黑龙江科学技术出版社，1999。•韩林海，钢管混凝土结构，科学出版社，2000。第一章绪言第一节钢管混凝土的特点第二节钢管混凝土的发展与研究第三节目的、研究方法和主要内容第一节钢管混凝土的特点1、钢管混凝土是指钢管中填充混凝土而形成的构件。2、截面形式：圆钢管混凝土方钢管混凝土多边形钢管混凝土工程中常见的截面形式有:正方形矩形圆形Fig1.1常见钢管混凝土截面形式钢管3、根据钢管作用的差异分两类（1）组成钢管混凝土的钢管和混凝土在受荷初期即共同受力。（2）外加荷载仅作用在核心混凝土上，钢管只起对其核心混凝土的约束作用，即所谓的钢管约束混凝土柱。Fig1.2钢管混凝土和钢管约束混凝土混凝土钢管钢结构的特点钢材用于结构有如下特点：便于管线设置大跨度、大空间施工速度快，周期短结构尺寸小结构质量轻上海静安-希尔顿酒店结构方案自重比较结构方案总质量(t)单位面积质量(t/m2)百分比基底单位面积荷载(kN/mm）钢结构（S）546261.05100450钢-钢筋混凝土混合结构（SRC）664341.28120550钢筋混凝土结构(RC)941111.8173770不同结构形式的结构占有面积的比较建筑名称结构形式层数结构占有面积%上海新锦江饭店钢结构443.2天津第一饭店钢筋混凝土框剪结构207.0汕头国际信托中心钢筋混凝土框筒结构266.0香港政府大厦钢筋混凝土框剪结构547.1某高层酒店钢-钢筋混凝土混合结构433.3上海静安-希尔顿酒店钢结构332.5某高层酒店钢筋混凝土结构279钢筋混凝土的特点•略钢管混凝土具有特点1.承载力高2.塑性和韧性好3.施工方便4.耐火性能较好5.经济效益好表1.2柱结构经济效果比较结构类型建筑层数1030钢筋混凝土1.01.0钢筋混凝土（内配型钢）1.221.13劲性混凝土1.531.85钢管配筋混凝土1.161.11钢管混凝土1.101.02钢结构2.272.61第二节钢管混凝土的发展与研究钢管混凝土是在劲性混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的。在早期的应用中一般不考虑由于组钢管混凝土的钢管及其核心混凝土间相互作用对承载力的提高。对钢管混凝土力学性能进行较为深入的研究，及这类结构被大范围推广应用主要是在20世纪60年代以后。最早采用钢管混凝土的工程之一是1879年英国的severn铁路桥桥墩。早期钢管混凝土采用的钢管往往是热扎管，钢管的壁厚一般均较大，而且由于钢管内混凝土浇注工艺未得到很好的解决，因而经济效果不明显，从而使钢管混凝土的推广应用受到一定影响。钢管混凝土研究发展前苏联在西欧一些国家如英国、德国和法国（目前的设计规程主要有EC4(1996)、德国的DINI18800(1997)等。）美国（设计规程主要有ACI319-89,SSLC(1979)和LRFD(1994)）日本（设计规程主要有AIJ(1980,1997)）澳大利亚和加拿大等国我国钢管混凝土研究方法对于钢管混凝土构件的研究存在各种不同方法，其区别在于如何估算钢管和核心混凝土之间相互约束而产生的效应。这种效应的存在构成了钢管混凝土构件的固有特性，从而导致其力学性能的复杂性。目前钢管混凝土的研究方法：1、钢管混凝土的静力性能（1）轴压构件对钢管混凝土轴心受压短试件强度承载力的计算方法可归纳为两类：确定极限承载力确定进入塑性工作阶段的承载力求极限荷载的基本概念•钢管对核心混凝土提供了约束，使混凝土三向受压，从而提高了承载力，达到极限承载力时，钢管纵向应力为零，环向应力达屈服点，因而约束效应最大。•试验观察——试件在达到极限状态时，钢管纵向应力并未降为零，环向应力也未达到单向受拉的屈服点。•采用以钢管发展塑性，混凝土达极限为钢管混凝土轴心受压时的极限状态。达到此极限状态时，假定钢管屈服而核心混凝土达极限强度。研究方法分为两种类型：不考虑钢管的约束效应，考虑钢管的约束效应。关键是如何确定进入塑性阶段时钢管的纵向应力。采用不同的强度理论（塑性理论、八面体理论，最大剪应力理论，采用莫尔强度理论），所得结果大体相同。按理想弹塑性分析时，结果稍偏低。计算钢管混凝土轴心受压时临界力的方法：1、应用欧拉公式确定承载力构件的临界力是钢管和混凝土的欧拉临界力之和，即：22)(LIEIENccsscr2、根据实验结果回归计算公式采用对实验数据回归分析的办法推导钢管混凝土构件承载力计算公式。3、数值解法采用有限元法进行钢管混凝土构件的分析较为准确。优点：缺点：4、纤维模型法•特点：应用方便，概念直观，计算有效•关键问题—在于如何合理地确定组成钢管混凝土的钢材和其核心混凝土的应力-应变关系模型。•以往采用的方法—钢材按单向受力考虑，混凝土只考虑沿纵向的应力-应变关系，并在其中考虑钢管对混凝土的约束效应。钢管混凝土的静力性能（2）纯弯曲构件确定钢管混凝土抗弯承载力：定义截面塑性充分发展（截面2/3以上范围达到屈服）而钢管最外边缘纤维尚未强化的点为构件的抗弯承载力极限。钢管约束效应充分发挥而钢材又尚未进入强化阶段时的最大荷载，即钢管纵向纤维开始进入强化阶段的荷载。钢管混凝土的静力性能（3）压弯（包括偏压）构件对钢管混凝土压弯构件承载力的计算方法有：1）采用最大荷载理论根据临界状态时危险截面的内外力平衡条件、几何关系及变形协调条件获得截面平均应力与杆中挠度间的关系，并取极值得临界应力，承载力计算公式为：uecrNN偏压构件稳定系数：),,,,(0refffNNcuyucre2）轴力与弯矩相关方程采用直线表达：采用圆的相关方程。3）增大偏心率法参照钢筋混凝土偏心受压构件的计算方法，即考虑纵向弯曲的影响，将初始偏心距乘以大于1的增大系数。4）经验系数法根据实验结果回归出稳定系数，表达式为：oelcrNN5）数值解法可采用有限元法和纤维模型法进行钢管混凝土受弯构件的承载力计算。2、钢管混凝土的动力性能试验研究，采用纤维模型法3、混凝土的耐火性能第三节目的、研究方法和主要内容目的研究方法主要内容研究时存在的不足（1）对钢管混凝土承载力的计算；（2）对于钢管混凝土，根据定值侧压力的试验结果得到纵向承载力与侧压力的关系来确定其承载力；（3）把钢管普通强度混凝土和钢管高强度凝土机械地分割来进行研究。（4）进行钢管混凝土构件耐火极限的计算；（5）对钢管混凝土在动力荷载作用下性能的研究。