[发明专利]一种变截面柱的抗弯承载力计算方法

说明书

本发明公开了一种变截面柱的抗弯承载力计算方法，包括如下步骤：S1，计算确定构件的套箍系数θ；S2，将以上参数代入公式求出抗弯极限承载力。本发明考虑了波纹板的影响、不规则混凝土截面的面积折算、结构约束效应的增强等因素，在纯弯荷载下钢管、波纹板、混凝土三部分可以协同受力，组合柱的整体工作性能较好，可有效控制组合柱的挠度与裂缝；提高混凝土强度等级对构件纯弯荷载下抗弯承载力的影响较小。计算公式得到的甲壳柱抗弯承载力与有限元分析得出的极限弯矩比值的均值为0.999，方差为0.009，能较准确计算甲壳柱的抗弯承载力。

技术领域

本发明涉及组合柱抗弯承载力计算方法，尤其涉及一种变截面柱的抗弯承载力计算方法。

背景技术

为积极响应国家在建筑行业推行的装配式结构的应用与发展，报告提出了一种新型装配式结构柱体：甲壳柱，如图1所示。柱侧采用波纹钢，并与四角钢管进行焊接连接，使波纹钢与钢管实现协同受力，有效增强结构的抗弯承载力。此外，在柱内部填充混凝土来达到延缓钢的屈曲，提高结构耐火能力的效果。

对于结构柱体而言，其承载能力是施工和设计的基础。一般的，结构柱体承载力的获得方法一般是模拟法、试验法或公式计算法。因试验的成本较高，模拟和计算方法更为常用。针对普通的结构柱体的承载力的模拟和计算公式已经较成熟，但是针对此类新型截面组合柱而言，由于其结构变化较大，影响因素较多，目前针对其承载能力的模拟和计算公式还尚未有明确结果。尽管利用有限元模拟能够较准确的模拟得到装配式结构柱体的承载力，但是有限元模拟的过程较繁琐和耗时。

在现有的公式计算法中，从理论上主要分为以下三类。第一类为基于试验回归的“统一理论”，以该理论在钢管混凝土柱中的应用为例，清华大学韩林海教授的专著《钢管混凝土结构：理论与实践》中的承载力公式均是以此类方法推出，它的含义是“钢管混凝土构件的性能，随着物理参数、几何参数、应力状态及截面型式的改变而变化，变化是连续的、相关的和统一的。”该理论将钢和混凝土混合成一种“组合材料”，不再对二者进行区分，从而摒弃了内力分配或叠加的概念，仅需通过数据拟合即可得出相关承载力公式。采用该理论的规范有钢管混凝土结构技术规范GB 50936-2014和福建省标准DBJ13-51-2003。第二类为折算理论，将混凝土折算成钢，然后按纯钢结构设计。该理论的核心是“在不改变钢管横截面面积的前提下，将填充混凝土作为对钢管壁的屈服强度和弹性模量的提高，以此来换算求的等效钢管的性质，并以等效钢管构件的承载力作为原型钢管混凝土构件的承载力。”典型的规范如AISC360、我国规范CECS159：2004、 CECS28：90及欧洲规范。第三类为叠加理论，其实质是将钢管的承载力与混凝土的承载力叠加得到钢管混凝土构件的承载力。但该方法认为，如果轴压力小于混凝土的承载力，则全部由混凝土部分承担，否则，剩余部分由钢管承担，这种混凝土优先受力的模式可能并不符合实际。

现有计算公式在计算钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱抗弯承载力时准确性尚可，但对于甲壳柱这种带波纹板的复杂组合柱来说，以上公式没有考虑到波纹板的影响、不规则混凝土截面的面积折算、结构约束效应的增强等因素。若没有考虑这些因素，则所得的计算结果不够精确，甲壳柱各部分受力情况不够明确，难以让每一部分充分发挥组合作用。

发明内容

本发明提供了一种变截面柱的抗弯承载力计算方法，在计算理论的基础上，对组合柱纯弯荷载下的抗弯性能进行参数分析，设计时将该柱各部分合理组合，能够充分发挥甲壳柱的组合作用，提高甲壳柱的承载能力。

一种变截面柱的抗弯承载力计算方法，包括如下步骤：

S1，计算确定构件的套箍系数θ；

S2，将以上参数代入公式求出抗弯极限承载力。