[发明专利]L形钢管混凝土柱在复合受力下的截面极限承载判断方法

说明书

本发明公开了一种L形钢管混凝土柱在复合受力下的截面极限承载判断方法。首先判断L形钢管混凝土柱截面的极限强度能否满足承载需求：接着计算L形钢管混凝土柱的L形截面的应力比，并进行以下判断：当L形钢管混凝土柱的L形截面的应力比ρ≤1.0时，则L形钢管混凝土柱在双向弯矩和轴力联合作用下的截面极限承载能力满足受力需求；若应力比ρ1.0时，则L形钢管混凝土柱在双向弯矩和轴力联合作用下的截面极限承载能力不满足受力需求。本发明提出的L形钢管混凝土柱截面极限承载能力判断公式填补了现有结构设计技术的空白，公式计算结果与数值结果吻合较好，极大提高了异形钢管混凝土结构设计的可靠性和安全性。

技术领域

本发明属于结构设计技术领域的一种建工结构构件截面极限承载判断方法，具体涉及一种L形钢管混凝土柱在双向弯矩和轴力联合作用下的截面极限承载判断方法。

背景技术

钢管混凝土柱通过在空钢管中填充混凝土而成，在受力过程中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度和变形能力；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲，因此钢管混凝土柱具有优异的力学性能，具体表现为高承载力、高延性的特点。

根据截面形式的不同，钢管混凝土柱可分为圆钢管混凝土柱，方、矩形钢管混凝土柱、异形钢管混凝土柱等。在住宅建筑中，若竖向承重构件采用圆钢管混凝土柱或方、矩形钢管混凝土柱，柱截面宽度一般都会大于隔墙宽度，柱子会在房间局部形成凸角，影响建筑空间的使用。若将竖向承重构件改为异形钢管混凝土柱(图1)，则可将柱截面隐藏于建筑墙体中，避免了住宅建筑中常见的凸柱现象，提高了建筑内部空间利用率，因此异形钢管混凝土柱在住宅建筑中具有广阔的应用前景。

由于异形钢管混凝土柱一般都布置在建筑平面的角部或边部，同时地震作用方向也存在着不确定性，因此异形钢管混凝土柱通常处于双向受弯状态，另外柱子一般还要承受轴向力。关于双向受弯和轴力联合作用下钢管混凝土柱截面的极限承载力计算，目前已有两本规范作出了相关规定，分别是《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:2004)和《钢管混凝土结构技术规范》(GB50936-2014)，但这两本规范仅适用于圆钢管混凝土柱和方、矩形钢管混凝土柱。从国内外相关的研究文献来看，还未见到完全显式的双向受弯和轴力联合作用下的异形钢管混凝土柱截面承载力计算公式，只能借助于数值分析方法才能得到异形钢管混凝土柱截面的极限承载力，但是这种计算方法很难在工程设计中推广。

发明内容

为促进异形钢管混凝土柱在工程中的应用，本发明提供一种L形钢管混凝土柱在双向弯矩和轴力联合作用下的截面极限承载判断方法，解决了现有技术中缺乏异形钢管混凝土柱截面极限承载判断方法的技术难题，该方法与数值分析结果吻合较好，适用性强，通过一系列的公式计算即可完成判断，易于被工程设计人员掌握。

本发明采用的技术方案是：

所述L形钢管混凝土柱为同时承受双向弯矩和轴力的异形钢管混凝土柱。

双向弯矩分别绕第一个弯曲轴和第二个弯曲轴，第一个弯曲轴和第二个弯曲轴为相互垂直且均垂直于异形钢管混凝土柱的柱方向(Z方向)的轴。由第一个弯曲轴和第二个弯曲轴和异形钢管混凝土柱的柱方向可以共同构成三维坐标系的三轴。轴力垂直于截面，平行于Z轴，异形钢管混凝土柱的柱方向(Z方向)。

首先，对于在双向弯矩和轴力联合作用下的L形钢管混凝土柱，采用以下公式来判断L形钢管混凝土柱截面的极限强度能否满足承载需求：

式中：

P——L形钢管混凝土柱的轴力设计值；

P_u——L形钢管混凝土柱全截面受压承载力；

p——L形钢管混凝土柱的轴力设计值与全截面受压承载力之比；