6 — 实心圆形钢管混】凝土构件承载—力设计 《 》 6.1  ！单肢柱轴心受力承载！力计算 — 《 6.1.1、6.！1.2  本—章对：钢管混凝土柱承【。载，力的：计算采用基于—实验的极限平衡【理论其？主要特点是 — ， 《    1  不】以柱的某一》临界截面作为—考察对象而以整长的！钢管混？凝土柱？即，所谓单？元柱作为《考察对象视之为结构！体系的基本元件【。    ！ 2  应用极限平！衡理论？。中的广？义应力和广义应变概！念在试验观》察，的基：础上直接探讨单元柱！。在轴力 N 和柱端！弯矩： M 这《两个广义应力共同】作用下的广义屈服】条件 《     】这样做的好处是可无！需确：知组成？材，。。料（钢管和核心混】凝土）的本构—关系；可避》免探求钢管》混凝土临《界，截面在非《均匀应变下的应【力分布图和》对之进行积分等【。繁难：程序；可绕过探求附！加挠度和二阶—力矩对？临界截面《。极限强度的影响（即！所谓： P-△ 效应）】这一从理《论上和实验上—都难于尽善处—理的问题；同时可】以较方便地》统一描？述钢管混凝土柱的】(a)材料强—。度破坏(《b)失稳破坏（【包括弹性失稳和【非弹性失稳）和(c！)变：形，过大（例如挠—度超过？。杆件跨长的1/【。50）而《不适于？继续承？载等三种破》坏形态从《而可直接在实—验观察的基础上建】立起简明实用的承】载力计算公》式和设计《方法：影响钢？管混凝土柱极限承载！能，力的主要因素—诸，。如(a)钢管对【。核，心混：凝土的套箍强化(】b)柱的长细—比，。(c：)荷载？偏心率(d)柱【端约束条《件（转动和侧—。。移）：和(：e)沿？柱，身的弯？。矩分布梯《度等在计算中都可作！出恰当的《。考，虑轴压柱和》偏压：柱、短？拄和长柱都统一表】达在整套计算公【式中手算即可—。完成无需图表—辅助十分便捷—。 》     将长径】比 L/D》≤4的钢管混—凝土：柱定义为《短，柱可：忽，略其受？压极限状态的压曲】效应（？即， ，P-△效应）—影响其轴心受压【的破坏荷《载（最大荷载）【记为 N0是钢管混！凝土：。柱承载力计算的【基础：  【 ，  短柱轴心受压极！限承载力 N0【 的计算《公式(6.》。1.2？。-2)和《。(6.1.2—-3)系《在总结国内外约【480个《。试验资料的》基础上？用极限平衡法—导得：的公式(6.—1.：2，。-，2，)中的 α 系数的！取，值主：要与混凝土强—度等级？有关经大量试验资料！归纳分析并考虑到】计算的简便》α 系数的取值较】原规范有所》调整对？普通混凝土(≤【C50)取 α【 ＝2.0；—。对高强混凝土(C5！0～C80)取【 α＝1.8(图8！、，图9)试《验结：。果和理论分析表明该！公式对于(a)【钢管与？核心混凝土同时受载！(b)仅《核心混凝《土直接受载》(c)钢管》在弹性极限内预先受！载然后再与核心混】凝土共同受》载等：加载方式均话—用   ！。 ？。 ， 图8 钢管混凝】土短柱极限强度实】测值与理论值的比较！ ！ 图9 钢【管高强混凝土轴压】短柱极限强度—实测值与理论值的比！较，  【    公》式(：6.1.2-2)】和(6.1.—2-3)右端的系数！0.9是参照新颁国！家，标准混凝土》结构：设计规？范GB 《500？。10：为提高包括》螺旋箍筋《柱，在内的各《。种，钢筋混凝土受压构】件的安？全度而引入的附加】。系数 —   《。。  公式(6.1.！2-1)的》双系数？乘积规律《是根：据一系列试验结【果确定的经用国内外！大量试验结果（【。约360个）复核证！明该公？式与试验结果符【合良好在压弯柱【的承载力《。计算中采用该—公式后可避免—求解 M《-N 相关方程【从而使计算大—为简化用《双系：数表达的承载—力，变化规律也更为直观！。   】 ， 值得？强调指出套箍效【应使钢管混凝土柱的！承载力较《普通钢筋混凝土柱】有，大幅度提高（—可达30％～5【。。。0％：）相：应地在使用荷载【下的材料《使用：应，力也有？同样幅度《的提高？经试验？观，察和理论《分析：证明在本规范规【定的套？箍系数 θ》sc≤3和本规【范所设置的安全度水！平，内钢管混《凝土：柱在使用荷载下仍然！处于弹性工作阶段】符合极限《状态：设计原则的基本要求！不会影响其使用质】量  】   图1》0为相同长度的标】准单元？柱与非标准单—元柱的 M》-N ？相关曲线《的比较？可以看出当偏心【率小于某一数值以】后（图？中E点所对应者）非！标准单元柱的—极限承载能》力 Nu《 将会高于标准单】元，柱在轴？心受压时的极限【承载能力；当偏【心率更小《以致趋近于零—时非标准单元柱的】极限承载能力必【然又趋近于标准单】元柱轴心受》压时的极限承载【能力其？ M-N《 相：关，曲线是？一条有？峰值点 《D 的 ADE 】曲线由于《 ADE 所代表的！承载能力的》提高是以有弯矩 】M 的同时存在为】前提：。的是不稳定的一旦】弯矩消失或减弱就】会引起承载》能力：的突然下降为避免】这种危险特规定【了在任何《。情况下？都应遵守式(6.1！.，2，-5)φ《lφe≤φ0的限制！。条件 》 【。 图10》 ，相同长度的标准单元！柱与非标《准单元柱的 M【-N 相关曲线 ！ 6.—1，.3  由极限【平衡理论可知钢管混！凝土标准单元柱在】轴力 N 和—端弯矩 《M 共同作用下的广！义屈服条《件在 M《-N 直角坐标【。系中：可以足够精确—地简化为两条—。直线 AB 和 】BC ？(图11)直线 A！B ：与 ：N，。 轴的交点为钢管混！凝土柱的《轴心受？压承载力 φl【N0直线 BC 】与 ：M，。 轴的交《点，为钢管混凝》土柱的纯弯》承载力 M0根【据大量试验资料可建！立该二条直》线，的方程式为 — 《 ， — 图11！ ，M-N 相关曲线 ！   ？ ， ？    》 以： M＝Ne0—和由试验《确定的 《M0＝0.3N【0rc代入》。方程(38)和(】39)并《定义 经简》单变换后即得 】 —   —  ：  此？即本规？范公式(38)和】(40)如令—(，40)、(41)二！式，的 φ？e， 相：等即得界限偏心率】。  《 ， 6.1.4【  本规《范公式(6.1.4！-1)是总结—国内外大《量试验结果（约【340个）得出的】经验公式《对于普通混凝土在 ！L0/D≤5—0的范围内对于高】。强混凝土在 —L，。0/D≤20—的范围内该公式的】计算值与试验实【测值均符《合良好？（图12、图—13）从现有的【试，验数据看钢管径【厚比 D/t钢材品！种以及？混凝土强《度等级或套箍系数等！的变化对《 ，φl 值的影—响无明显规律其【。变化幅度都在试验结！。果的离散程度以内故！公式中对这些—因，素都：不予考虑为合理地发！挥钢管？混凝土抗压承载能力！的优势本《规范：对柱的长径比作了】 ，L/D？≤20的限制 ！ ： 《 图《。12 长细》比，对轴心受《压柱承载能力的影响！ ？ ， 【。 图1？3 考虑长细比影响！的折减系数试验值与！计算曲线比较（高】强混凝土） ！。 6.1.5、6！.1.6  —。。。本条的等效计—算长度考虑》了柱端约束》条件（转动和侧移）！和沿柱身弯矩—分布梯？度等因素对柱承载力！的影响 ！    柱端约束】。条件的影《响借引入“计算【。长度”的办法—予以考虑与国—家，标准钢结构设计规范！GB 5《0，017所采用—的办法完《全相同其《中，有侧移框架和—无侧移框《架的判定标准按现行！国家标准钢》结构：设计规范GB 【5，0017采用—    ！ ，为考虑沿《柱身弯矩分布梯【度的影响在》。实，用上可采用等效标】准单元柱的办—法予以考《虑即：将各种一次弯矩分布！图不为矩形的两端铰！支柱以及悬臂柱等】非标：准柱转换为具有相同！承，载力的？一次弯矩分布图呈】。矩，形的等效标准柱我】国钢结构《设计规范GB— 5：001？7和国外的一些结】构设计规范》例如美国 A—CI 混凝土结构】规范采用的是—等，效弯矩法即将—非标准柱《的较大端《弯矩予以缩》减取等效弯》矩系数 c≤1相应！。的，柱长保持不变（【图14a）；—本规范采用》的，则，是等效长度》法，即将非标准柱的【长度：。予以缩减《取等效长度系数 k！≤1相应的柱端较】。大弯矩 《。M2 保持不变【（图14b）两种】处理办法的》效，果，应该是相同的—本，规范采用等效长【度法在概念上更为】。直观：对于在实验》中观察到《的双曲压弯下的【零挠度？点漂：移现：象更易于解释 【 ？   》 ？ 图：14 非《标准单元柱的—两种：。等效转？换法 》  《    本条所【列的等？效长度系数》公式是根据专门的试！验结果？建立的经验公式【 6【.1.？7  本条采用的】拱的等效计算长度的！计，算方法乃中》外有关规范所通【用这里？。忽略：沿拱身弯矩》分布图？对拱整体《刚度的影响是偏【于，安全的 — ， 6.1.8【  虽然钢管混凝土！柱的优势在抗—压只宜作《受压构？件但在个别特殊工况！下钢管混凝土柱也可！能，有处于？受拉状态的》时候为？。验算这种工况下【的安全性本规范【规定了钢管混—。凝土柱轴心受拉（轴！心受拉和偏心—受拉）承载能力的计！算方法？在受拉区采用了【直，。线形状的 N—-M 相关方程其】轴心受？拉承载？力仅考虑钢管—的作用受弯承—载力取 Mu＝0】.3rcN0与压】弯段：。衔接： ：