西安建筑科技大学精品课程：《钢与混凝土组合结构》课程教学资源（实践教学）型钢混凝土异形柱的基本力学行为及轴压比限值的研究（薛建阳）

型钢混凝士异形柱的基本力 学行为及轴压比限值的研究 西安建筑科技大学 ●●●●● ●●●● ●●。●● 薛建阳

型钢混凝土异形柱的基本力 学行为及轴压比限值的研究 西安建筑科技大学 薛建阳

●●●●● 1型钢混凝土异形柱的研究意义 ●●●● ●●0 ●●● ●●●● 异形柱结构柱肢宽度与隔墙等厚,具有避 免室内柱楞凸出、美观适用、得房率高 等优点,倍受欢迎。在中国异形柱结构 得到了大量的应用 √异形柱在具有以上优点的同时,也存在 着其截面特性带来的先天不足

1 型钢混凝土异形柱的研究意义 ✓ 异形柱结构柱肢宽度与隔墙等厚,具有避 免室内柱楞凸出、美观适用、得房率高 等优点，倍受欢迎。在中国异形柱结构 得到了大量的应用. ✓ 异形柱在具有以上优点的同时，也存在 着其截面特性带来的先天不足

●●●●● ●●●● ◆工程实践表明,目前应用的钢筋混凝| 土(RC)异形柱存在着以下主要问题 承载能力不足。 √轴压比限值过低 抗震性能也不理想。 ˇ在梁柱节点处,钢筋较密集,施工困难 因此,学者们研究改善RC异形柱的不足, 提出了加暗柱RC异形柱、CFST异形柱、 SRC异形柱、钢结构异形柱等新型异形柱结构

✓ 承载能力不足 。 ✓ 轴压比限值过低 。 ✓ 抗震性能也不理想。 ✓ 在梁柱节点处，钢筋较密集 ，施工困难。 ➢ 因此，学者们研究改善RC异形柱的不足， 提出了加暗柱RC异形柱、 CFST异形柱、 SRC异形柱、钢结构异形柱等新型异形柱结构。 ◆ 工程实践表明，目前应用的钢筋混凝 土（RC）异形柱存在着以下主要问题

●●●●● ●●●● 型钢混凝土(SRC)异形柱 ●●0 ●●● ●●●● SRC异形柱截面中主要配置型钢并配有适 量的纵向钢筋和箍筋,然后浇筑混凝土把型 钢包裹在里面的异形柱 根据配钢形式的不同,SRC异形柱可以分 为两种,实腹式配钢SRC异形柱和空腹式 配钢SRC异形柱,空腹式配钢中又可分为 配T型钢桁架和配槽钢桁架两种

➢ 型钢混凝土（SRC）异形柱 ✓ SRC异形柱截面中主要配置型钢并配有适 量的纵向钢筋和箍筋，然后浇筑混凝土把型 钢包裹在里面的异形柱 。 ✓ 根据配钢形式的不同，SRC异形柱可以分 为两种，实腹式配钢SRC异形柱和空腹式 配钢SRC异形柱，空腹式配钢中又可分为 配T型钢桁架和配槽钢桁架两种

●●●●● ●●●● ◆SRc异形柱示意图 ●●0 ●●● ●●●●

◆ SRC异形柱示意图

●●●●● ●●●● ●●0 2SRC异形柱保护层厚度及配钢分析 ●●● ●●●● ˇSRC异形柱与矩形柱相比:具有柱肢细长肢宽薄 的特点常采用200mm及240mm两种。 ˇSRC结构与RC结构的一个显著区别是钢与混 凝土的粘结性能差。 现有规范对SRC结构的保护层厚度要求高,宜 采用150mm,最小不得小于50mm √显然SRC异形柱没法满足规范要求,确定保护 层厚度是研究的重要问题

２ SRC异形柱保护层厚度及配钢分析 ✓ SRC异形柱与矩形柱相比:具有柱肢细长肢宽薄 的特点,常采用200mm及240mm两种。 ✓ SRC结构与RC结构的一个显著区别是钢与混 凝土的粘结性能差。 ✓ 现有规范对SRC结构的保护层厚度要求高，宜 采用150mm，最小不得小于50mm 。 ✓ 显然SRC异形柱没法满足规范要求，确定保护 层厚度是研究的重要问题

●●●●● ●●●● ◆保护层混凝土的作用 ●●0 ●●● ●●●● ˇ维持型钢与混凝土之间的握裹力,提 供钢与混凝土之间的粘结力。 √约束型钢,防止型钢屈曲失稳,提高 防火、防腐、防锈能力,提高构件刚 度 √影响构件受力的有效高度。混凝土保 护层厚度越小、力臂越大、抗弯性能 越好

◆ 保护层混凝土的作用 ✓ 维持型钢与混凝土之间的握裹力，提 供钢与混凝土之间的粘结力 。 ✓ 约束型钢，防止型钢屈曲失稳，提高 防火、防腐、防锈能力，提高构件刚 度。 ✓ 影响构件受力的有效高度。混凝土保 护层厚度越小 、力臂越大、抗弯性能 越好

●●●●● ●●●● ●●0 ◆混凝土保护层厚度的确定原则 ●●● ●●●● ˇ不发生失稳的最小保护层厚度。 >把混凝土保护层视为一块薄板,根据板的弹塑 性屈曲理论,推导出混凝土在达到受压强度以 前,不会发生失稳的最小保护屋厚度 C: A-A 图21计算简图

◆ 混凝土保护层厚度的确定原则 ✓ 不发生失稳的最小保护层厚度。 ➢ 把混凝土保护层视为一块薄板，根据板的弹塑 性屈曲理论，推导出混凝土在达到受压强度以 前，不会发生失稳的最小保护层厚度 。 Cs Cs bf A A Lc bf Lc A-A Cs ◼图2.1 计算简图

●●●●● ●●●● ◆板的弹塑性屈曲理论推导公式 ●●● >混凝土板的弹塑性屈曲应力为 0.45xE (2-1) 12(1-U Cs ●上式中,弹塑性系数η的取值是核心问题 不发生失稳破坏的最小保护层厚度计算式为: (2-2) 0.6

◆ 板的弹塑性屈曲理论推导公式 ➢ 混凝土板的弹塑性屈曲应力为： ⚫ 上式中，弹塑性系数 的取值是核心问题。 ➢ 不发生失稳破坏的最小保护层厚度计算式为： ⚫ 2 2 2 12(1 ) 0.45         − = s f c cr c b E     （ 2-1）  c c f s f E b c 4 min 0.6 ( )  = （2-2）

●●●●● ●●●● ◆混凝土临界保护层厚度 ●●0 ●●● ●●●● Pr 平面 平面 立面 图22计算简图 (2-3) >力的平衡条件 mn丿c (24) 0.2822b min, cl (2-5)

◆混凝土临界保护层厚度 ➢ 力的平衡条件： 平面 立面 Pr ft 平面 Pr 45° Z x Cmin Cmin bf ft y y x x 裂 缝 45° 45° b τ 图2.2 计算简图 Pr b = f t b cr b f c . 2 ( ) min  = cr bf (c min ) = 0.2822 （2-3） （2-4） （2-5）