[发明专利]波纹侧板-方钢管混凝土柱偏心受压承载力的计算方法

说明书

本发明公开了一种波纹侧板‑方钢管混凝土柱偏心受压承载力的计算方法，在新型波纹侧板‑方钢管混凝土柱的新型结构基础上，本发明在第二类套箍混凝土理论的基础上，将钢管内混凝土和核心混凝土划分开来，分别考虑侧向约束对受压混凝土承载能力的提升。步骤如下：获取新型波纹侧板‑方钢管混凝土柱的方钢管壁厚、方钢管内截面的长度和宽度、波纹侧板厚度、柱截面长度和宽度、核心混凝土和方钢管内混凝土的抗压强度标准值以及方钢管钢板的抗压强度标准值；根据受压区高度x判断新型波纹侧板‑方钢管混凝土柱处于什么受力状态下：能够确定安装过程中的轴向压力和弯矩的关系。

技术领域

本发明涉及一种波纹侧板-方钢管混凝土柱偏心受压承载力的计算方法，属于承重部件结构构件技术领域。

背景技术

为降低柱截面尺寸，减轻自重，提升整体经济性能，方钢管混凝土柱广泛应用于高层及大跨度结构，但普通方钢管混凝土柱用钢量较大，在受压时钢管管壁容易发生鼓曲，导致鼓曲截面无法继续工作；且钢管对混凝土的约束仅集中在角部，对混凝土的套箍作用很难发挥，综合经济性不强。为充分发挥材料强度，提升钢管混凝土柱的综合性能，国内外学者已进行了大量的研究，一种新型波纹侧板-方钢管混凝土柱被逐渐认识和使用，波纹侧板-方钢管混凝土柱的立体结构如图1所示，波纹侧板-方钢管混凝土柱呈矩形，柱的四角分别设有四个方钢管，相邻两个方钢管远离两柱的中轴线的两个面之间通过波纹板相连，方钢管以及由四个方钢管和波纹板之间形成的空隙填装有混凝土。

波纹侧板-方钢管混凝土柱的结构剖面图如图2所示，其中t₁为方钢管壁厚，h_t、b_t为方钢管内截面的长度和宽度，t₂为波纹侧板厚度，h_r为波纹板高度，h、b为柱截面长度和宽度，f_c1、f_c2、f_a为核心混凝土和方钢管内混凝土的抗压强度标准值以及方钢管钢材的抗压强度标准值。在波纹侧板-方钢管混凝土柱中，方钢管较小的径厚比能够为钢管内混凝土提供更好的约束，将其布置在四角又有利于提升组合柱的抗弯性能；此外，波纹板侧向刚度大，与四角方钢管焊接形成的多腔体既可以对混凝土提供更有效的约束，防止过早鼓曲，充分发挥材料性能，又能在施工中作为模板，减少工期，有效提高施工效率及施工质量。

对于混凝土柱而言，其承载能力是施工和设计的基础。一般的，混凝土柱的获得方法一般是试验法、模拟法或公式计算法，由于试验的成本较高，模拟和计算的方法则为更常用的方法。针对普通的方钢管混凝土柱的偏压承载力的模拟和计算公式已经较成熟，但是针对此类新型的波纹侧板-方钢管混凝土柱而言，由于其结构变化较大，影响因素较多，目前针对其偏压承载能力的模拟和计算公式还寥寥无几。尽管模拟方法如有限元模拟能够较准确的模拟得到新型波纹侧板-方钢管混凝土柱的偏压承载力，但是有限元模拟的过程较繁琐和复杂，十分耗费时间。在公式计算法中，现有的规范规程中的计算方法从理论上主要分为以下三类。第一类为统一理论，即把钢管和混凝土看成一种新材料，构件的承载力等于组合截面面积乘以组合材料的抗压强度，以韩林海的公式为代表。第二类为套箍混凝土理论，该理论认为套箍混凝土的基本原理是利用钢管对受压混凝土施加侧向约束，使混凝土处于三向受压应力状态，延缓了混凝土纵向微裂缝的产生和发展，从而提高了内部混凝土的强度和塑性性能，以CECS--28：90钢管混凝土结构设计与施工规程为代表。第三类的叠加理论，即认为混凝土和钢管单独受力，单独计算出混凝土和钢管分别承担的承载力，再叠加即可得到构件的承载力，以ACI 381-11规范为代表。因为新型波纹侧板-方钢管混凝土柱结构新颖，方法一、二忽略了波纹板对混凝土的约束作用，从而低估了承载力；方法三不考虑钢管和波纹板的约束作用，更加低估了承载力，因此，上述公式都不能非常准确的计算其偏压承载力。

发明内容

本发明的目的是提供一种波纹侧板-方钢管混凝土柱偏心受压承载力的计算方法，在新型波纹侧板-方钢管混凝土柱的新型结构基础上，本发明在第二类套箍混凝土理论的基础上，将钢管内混凝土和核心混凝土划分开来，分别考虑侧向约束对受压混凝土承载能力的提升。技术方案包括如下步骤：