N(kN)
(β) ΣΗΣ ωιτη ∆/τ=52
加劲肋刚度对承载力的影响
1.3
D /t =100
1.2 1.1 1 0.9 0 2000 4000 6000
D /t =76 D /t =52
8000
10000
Moment of inertia of stiffener I s
Ν− 关系预测
1500 1200 N (kN) 900 600 300 0 0 10000 20000 30000
SI
圆钢管混凝土
试验结果与规范比较
1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1
Campione and Scibilia(2002) Han et al.(2001) Huang et al.(2002) Nishiyama,et al.(2002) Schneider(1998) Shakir-Khalil and Mouli(1990) Shiiba and Harada(1994) Tomii et al.(1977) Tsuda and Matsui(1998) Uy(2001) 尧国皇和韩林海（ 2003a ）
目录
1. 钢管混凝土的发展与应用 2. 钢管混凝土的设计原理 3. 钢管混凝土抗火设计原理与方法 4. 钢管混凝土设计的一般原则和构造措施 5. 钢管混凝土的发展及其新型结构
新型钢管混凝土柱的类型
钢管高性能混凝土:采用高性能钢材或高性能 混凝土形成的构件。 薄壁钢管混凝土:在薄壁钢管中填充混凝土而 形成的构件。 中 空 夹 层 钢 管 混 凝 土 :将两层钢管同心放 置，并在两层钢管之间浇筑混凝土而形成的 构件。 FRP约束钢管混凝土:在钢管混凝土柱外施以 FRP被动约束，从而使核心混凝土处于钢管 和FRP的双重约束之下。
带肋薄壁钢管混凝土
约束拉杆 角部隅撑 纵向加劲肋
延缓钢管局部屈曲 提高抗剪承载力 增强钢管和混凝土的粘结 提高抗火能力
试验研究
试件破坏模态
ΥΣ25
ΣΣ25
ΥΧΦΤ25
ΣΧΦΤ25− ΣΧΦΤ25− ΣΧΦΤ25−3 1 2
ΣΧΦΤ25−4
板件屈曲模态
加肋对承载力的影响
4000
1500
SCFT25-4
1500 1200
SCFT 1-3 UCFT 1-3 UFRC1-3
Ν/κΝ
1200 800 400 0 0 5 10 u m/mm 15 20 局部屈曲
Ν/κΝ
900 600 300 0 0 5 10 u m/mm 15 20 局部屈曲
试验结果
1.设置加劲肋后，钢管的局部屈曲明显被推迟。
2.设置加劲肋后，试件的承载力有一定提高。
有限元分析的初始缺陷
2 nπy ⎞ 2mπx ⎞⎛ ω= ⎟ ⎜1 − cos ⎟⎜1 − cos a ⎠⎝ L ⎠ 8 ⎝
ζ
1
ωo ⎛
β
β
β β
ξ
Α Α 2
4
(a) 不带肋板件
ζ β β β
β/2 β/2
3 Α−Α
ξ
(b) 带肋板件
实际初始缺陷
0 100 200
4 2 0 -2 -4 0
0 100 200 600 400 200
新型钢管混凝土柱的特点
中空夹层钢管混凝土:所谓的薄壁钢管是指截
面直径与厚度的比值(圆钢管)以及宽度或高度与 厚度的比值(方、矩形钢管)超过钢结构对其局部 屈曲控制的限值或者钢管壁厚小于3mm的钢管。
减少钢材用量 减轻焊接工作量 降低工程造价 促进高强材料的推广应用 钢管对混凝土的约束减弱 承载力降低 延性降低
2000 1500 1000 500 0 0 5000 10000 ε / µε 15000 20000 不带肋 带肋
(a) 钢管
(b) 混凝土
长柱试验
(α) ΥΧΦΤ1−1(ε=0)
(β) ΣΧΦΤ2−2(ε=30µµ)
试验曲线
2000 1600 SCFT1-2 UCFT1-2 UFRC1-2
钢材屈服应变
6000
钢材屈服应变
εu
3000 0 150 0 30 60 B/t 90 120 150
圆钢管混凝土
方钢管混凝土
ε u − D( B ) / t 关系
承载力提高系数ΣΙ
1.5 1.4
SI 1.3 1.2 1.1 1 0.9
1.3 1.2 1.1 0 30 60 D/t 90 120
SI
4 2 0 -2 -4 0
600
400
200
(a) 面1
(b) 面2
0 100 200 600 400 200
4 2 0 -2 -4 0
0 100 200 600 400 200
4 2 0 -2 -4 0
(c) 面3
(d) 面4
有限元分析结果
4000
试验
1500
试验 计 算 (模 式 化 缺 陷 ) 计 算 (真 实 缺 陷 )
Experiment
2500 2000 N (kN) 1500
SCFT-R25 Experiment Predicted
Predicted
1000 500
SCFT-R13
0 0 10000 ε (µε) 20000 30000
ε (µε)
(α) ΣΧΦΤ13−1 Ρ13
(β) ΣΧΦΤ−Ρ25 ανδ ΣΧΦΤ−
3.设置加劲肋与否，对试件的延性影响不大，但在混凝土 中添加钢纤维可一定程度上提高试件的延性。
3000 N/kN 2000 1000 0 0 5000 ε/µε
1200 N/kN 900 600 300 0
计 算 (模 式 化 缺 陷 ) 计 算 (真 实 缺 陷 )
10000
15000
0
5000
10000
15000
ε/ µε
(a) UCFT25
(b) UCFT13
初始缺陷大小影响
400 300 σ s /MPa 200 100 0 0 5000 10000 ε / µε 15000 20000
G ardner and Jacobson(1967) Luksha and Nesterovich(1991) O'Shea and B ridge(1997a) Prion and B oehme(1994) Sakino et al.(1985) Tsuda and Matsui(1998)
尧国皇和韩林海（ 2003a ）
400 300
0=0 0=0.5µµ 0=1.25µµ 0=6µµ
σ p /MPa
200 100 0 0 1 2 3 4 5
ω 0 /mm
设置加劲肋对模态影响
(a) 空钢管
b) 不带肋薄壁钢管混凝土
(c) 带肋薄壁钢管混凝土
设置加劲肋对钢管和混凝土承载力的影响
1000 800 Ns/kN Nc/kN 不带肋 带肋 600 400 200 0 0 5000 10000 ε / µε 15000 20000
Cederwall et al.(1997) Han(2002) Kato(1996) O'Shea and Bridge(1997c) Shakir-Khalil and Al-Rawdan(1997) Shakir-Khalil and Zeghiche(1989) Song and Kwon(1997) Tomii and Sakino(1979) Uy(2000) Yamamoto et al.(2002)
ΦΡΠ 圆钢管
混凝土
∆
薄壁钢管混凝土
确定薄壁和厚壁的界限值
理论和试验的方法
z 假设混凝土为刚性； z 忽略混凝土受压变形影响； z 忽略 焊接残余应力和初始缺陷等影 响。
能量法、有限条法
峰值应变
12000 9000 12000 9000
εu
6000 3000 0 0 30 60 D/t 90 120
中空夹层钢管混凝土:该类柱除了具备实心钢
管混凝土的优点外，尚具有自重轻和刚度大的特 点。由于其内钢管受到混凝土的保护，因此该类 柱具有更好的耐火性能。预计这类柱可用于高架 桥的桥墩和高层建筑中的大直径柱等。
外钢管 混凝土
τσι
τσο
∆ι
内钢管
∆ο
FRP约束钢管混凝土:是FRP约束混凝土和钢管
混凝土二者的有机结合。利用FRP约束钢管混凝 土，不仅可以提高钢管混凝土的承载力，还可以 利用钢管混凝土具有较好延性的特点，弥补FRP 约束混凝土这方面的不足。利用FRP约束可用于 对既有钢管混凝土结构进行修复加固。
3000
SCFT13-4
1200 900 600 300 0
SCFT25-1 SCFT25-2 SCFT25-3 UCFT25 SS25 US25
SCFT13-1 SCFT13-2 SCFT13-3 UCFT13 SS13 US13
N (kN)
2000
1000
0
(α) ΣΗΣ ωιτη ∆/τ=100
150
0
30
60 B/t
90
120
150
圆钢管混凝土
方钢管混凝土
SI − D( B ) / t 关系
试验结果与规范比较
1.8 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 5 1/2 D/t(f y /E s ) 6 7 8
Campione and Scibilia(2002) Huang et al.(2002) Nishiyama,et al(2002) O'Shea and B ridge(1997b) Sakino and Hayashi(1991) Schneider(1998) Yamamoto et al.(2002)