[发明专利]内配加劲件钢管混凝土构件承载力计算和设计方法

说明书

技术领域

本发明属工业与民用建筑结构工程钢管混凝土技术领域，特别涉及内配加劲件钢管混凝土构件(钢管内填非素混凝土构件)承载力计算和设计方法。

背景技术

随着钢管混凝土柱在工业与民用建筑、桥梁与塔架等结构工程中越来越广泛的应用，工程实践及研究成果表明，钢管混凝土既是一种高强、高性能结构材料，也是一种高效施工技术。由于先进的泵灌混凝土工艺的发展，解决了现场管内混凝土浇灌工艺问题，加之现代高强/高性能混凝土技术的发展，已给有百年历史的钢管混凝土结构技术注入了新的活力，也使其得到了更广泛的发展。

然而，随着普通钢管混凝土构件在工业厂房、高层建筑、大跨桥梁等结构工程中越来越广泛的应用，工程结构对大跨、高耸、重载的要求也逐渐提高，这就要求构件既要有很高的承载力，又要有较好的延性。若采用高强混凝土，尽管一定程度上减小了柱子的截面面积，但是在高轴压比作用下高强混凝土显示出它的脆性高、延性差等缺点。

并且，在强震区，有必要提高构件的抗弯剪能力，增强其抗震能力，减小因构件局部抗剪不足造成的剪切破坏和抗压弯承载力不足造成的建筑物整体倒塌，提高节点延性和耗能能力，避免节点板件的脆性断裂。

在火宅情况下，传统形式的普通钢管混凝土构件优势逐渐消弱，尽管采取了防火措施，当火灾剧烈时，仍存在安全隐患。一旦外钢管失效后，管内的混凝土提供的残余承载力很难满足大跨、高耸、重载等工程结构的要求。而且，火灾一般是一种突发事故，在钢管外部采用适当厚度的防火涂料或水泥砂浆等防火措施已不再实用。

综上现有钢管混凝土构件主要存在以下问题和缺陷：

(1)、在大量的大跨、高耸、重载的工程结构中，承载力、延性和抗弯剪能力得不到满足。

(2)、随着对耐火极限的提高，传统的构件也无法保证抗火的要求。

发明内容

本发明针对现有普通钢管混凝土构件中存在的不足，为了保证工程结构的安全性、方便性，同时提升施工速度，特提出内配加劲件钢管混凝土构件形式，以适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展的需要，符合现代施工技术的工业化要求，具有很好的发展前景，其中有些构件形式工程上已经出现。随着研究工作的深入和完善，其应用范围将不断扩大。

本发明目的之一在于提供一种优选的内配加劲件钢管混凝土构件。

具体地所述内配加劲件钢管混凝土构件包括两种形式：约束型和非约束型，其中，约束型又包括单层或多重同心式和异心式。

约束型同心式构件包括圆形内配单层或多重螺旋箍筋钢管混凝土构件(图1a和图1b)、圆形内配单层或多重钢管实心钢管混凝土构件(图1c和图1d)、方形内配单层或多重螺旋箍筋钢管混凝土构件(图1e和图1f)、方形内配单层或多重钢管实心钢管混凝土构件(图1g和图1h)、圆形内配单层或多重钢管空心钢管混凝土构件(图1i和图1j)、方形内配单层或多重钢管空心钢管混凝土构件(图1k和图1l)、圆形内配方形钢管实心钢管混凝土构件(图1m)、方形内配方形钢管实心钢管混凝土构件(图1n)。

约束型异心式构件包括圆形内配多肢钢管实心或空心钢管混凝土构件(图2a和图2b)、方形内配多肢钢管实心或空心钢管混凝土构件(图2c和图2d)、圆形内配多肢方形钢管实心或空心钢管混凝土构件(图2e和图2f)、方形内配多肢方形钢管实心或空心钢管混凝土构件(图2g和图2h)。

非约束型构件包括圆形内配方形箍筋钢管混凝土构件(图3a)、方形内配方形箍筋钢管混凝土构件(图3b)、圆形内配工字型钢钢管混凝土构件(图3c)、圆形内配十字型钢钢管混凝土构件(图3d)、方形内配工字型钢钢管混凝土构件(图3e)和方形内配十字型钢钢管混凝土构件(图3f)。

此类构件截面形式多样性，可以满足不同实际工程选择需要，可以减小构件截面大小，减少混凝土用量或者钢管厚度，减轻自重，可以对受损的受压柱进行修复加固等其它好处。

建筑材料包括：1)钢材：普通钢材、高强钢材、不锈钢材和特种钢材；2)混凝土：普通素混凝土、高强混凝土、轻质混凝土、再生混凝土和特种混凝土。

所述建筑材料均可通过市售及现有技术公开的手段获得。

建筑材料的选用和设计参数的选取应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017、国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010和《钢管混凝土结构技术规范》GB 50936的有关规定。