N cr
( E s I s Ec I c )
2
L
2
2、根据实验结果回归计算公式 采用对实验数据回归分析的办法推导钢 管混凝土构件承载力计算公式。 3、 数值解法 采用有限元法进行钢管混凝土构件的分 析较为准确。 优点： 缺点：
4、纤维模型法 • 特点：应用方便，概念直观，计算有效 • 关键问题 —在于如何合理地确定组成钢 管混凝土的钢材和其核心混凝土的应力 -应变关系模型。 • 以往采用的方法—钢材按单向受力考虑， 混凝土只考虑沿纵向的应力-应变关系， 并在其中考虑钢管对混凝土的约束效应。
钢结构的特点
钢材用于结构有如下特点：
结构质量轻 结构尺寸小 施工速度快，周期短 大跨度、大空间 便于管线设置
上海静安-希尔顿酒店结构方案自重比较
总质 量 (t) 54626
66434 94111
结构方案
单位 面积 质量 (t/m2) 1.05
1.28 1.8
百 分 比 100
120 173
基底单位 面积荷载 (kN/mm） 450
工程中常见的截面形式有:
钢管
正方形 矩形 圆形 Fig1.1 常见钢管混凝土截面形式
3、根据钢管作用的差异分两类
（1）组成钢管混凝土的钢管和混凝土在受 荷初期即共同受力。 （2）外加荷载仅作用在核心混凝土上， 钢管只起对其核心混凝土的约束作用， 即所谓的钢管约束混凝土柱。
混 凝 土 钢 管
Fig1.2 钢管混凝土和钢管约束混凝土
上海静安-希尔顿酒店 钢结构 某高层酒店 钢筋混凝土结构
33 27
2.5 9
钢筋混凝土的特点
• 略
钢管混凝土具有特点
1. 2. 3. 4. 5. 承载力高 塑性和韧性好 施工方便 耐火性能较好 经济效益好
表1.2
柱结构经济效果比较
建筑层数 10 1.0
1.22 1.53 1.16 1.10
结构类型 钢筋混凝土
组合结构
• 组合结构是在钢结构和混凝土结构的 基础上发展起来的新型结构。 • 主要有以下几种结构形式： 1. 钢——混凝土组合受弯结构 2. 钢骨混凝土（劲性混凝土）结构 3. 钢管混凝土结构和外包钢结构
组合结构
钢管混凝土结构
Concrete filled steel tubular (CFST) structures
求极限荷载的基本概念
• 钢管对核心混凝土提供了约束，使混凝土三 向受压，从而提高了承载力，达到极限承载 力时，钢管纵向应力为零，环向应力达屈服 点，因而约束效应最大。 • 试验观察——试件在达到极限状态时，钢管 纵向应力并未降为零，环向应力也未达到单 向受拉的屈服点。 • 采用以钢管发展塑性，混凝土达极限为钢管 混凝土轴心受压时的极限状态。达到此极限 状态时，假定钢管屈服而核心混凝土扎管，钢 管的壁厚一般均较大，而且由于钢管内混凝 土浇注工艺未得到很好的解决，因而经济效 果不明显，从而使钢管混凝土的推广应用受 到一定影响。
钢管混凝土研究发展
前苏联 在西欧一些国家如英国、德国和法国（目前 的设计规程主要有EC4(1996)、德国的 DINI18800(1997)等。） 美国（设计规程主要有ACI319-89, SSLC (1979) 和LRFD (1994)） 日本（设计规程主要有AIJ(1980,1997)） 澳大利亚和加拿大等国 我国
钢管混凝土研究方法
对于钢管混凝土构件的研究存在各种不 同方法，其区别在于如何估算钢管和核 心混凝土之间相互约束而产生的效应。 这种效应的存在构成了钢管混凝土构件 的固有特性，从而导致其力学性能的复 杂性。
目前钢管混凝土的研究方法：
1、 钢管混凝土的静力性能 （1）轴压构件 对钢管混凝土轴心受压短试件强度承载 力的计算方法可归纳为两类： 确定极限承载力 确定进入塑性工作阶段的承载力
钢管混凝土的静力性能 （2）纯弯曲构件
确定钢管混凝土抗弯承载力： 定义截面塑性充分发展（截面 2/3 以上范围达 到屈服）而钢管最外边缘纤维尚未强化的点 为构件的抗弯承载力极限。 钢管约束效应充分发挥而钢材又尚未进入强 化阶段时的最大荷载，即钢管纵向纤维开始 进入强化阶段的荷载。
钢管混凝土的静力性能 （3）压弯（包括偏压）构件
参考书目
• 钟善桐，钢管混凝土结构，黑龙江科学 技术出版社，1999。 • 韩林海，钢管混凝土结构，科学出版社， 2000。
第一章
绪言
第一节 钢管混凝土的特点 第二节 钢管混凝土的发展与研究 第三节 目的、研究方法和主要内容
第一节 钢管混凝土的特点
1、钢管混凝土是指 钢管中填充混凝土而形成的构件。 2、截面形式： 圆钢管混凝土 方钢管混凝土 多边形钢管混凝土
2、钢管混凝土的动力性能 试验研究，采用纤维模型法 3、混凝土的耐火性能
第三节 目的、研究方法和主要内容
目的 研究方法 主要内容
研究时存在的不足
（1）对钢管混凝土承载力的计算； （2）对于钢管混凝土，根据定值侧压力的试验 结果得到纵向承载力与侧压力的关系来确定 其承载力； （3）把钢管普通强度混凝土和钢管高强度凝土 机械地分割来进行研究。 （4）进行钢管混凝土构件耐火极限的计算； （5）对钢管混凝土在动力荷载作用下性能的研 究。
30 1.0
1.13 1.85 1.11 1.02
钢筋混凝土（内配型钢） 劲性混凝土 钢管配筋混凝土 钢管混凝土
钢结构
2.27
2.61
第二节 钢管混凝土的发展与研究
钢管混凝土是在劲性混凝土及螺旋配筋混凝土 的基础上演变和发展起来的。
最早采用钢管混凝土的工程之一是1879年英国 的severn铁路桥桥墩。 在早期的应用中一般不考虑由于组钢管混凝土 的钢管及其核心混凝土间相互作用对承载力的 提高。对钢管混凝土力学性能进行较为深入的 研究，及这类结构被大范围推广应用主要是在 20世纪60年代以后。
对钢管混凝土压弯构件承载力的计算方法有： 1） 采用最大荷载理论 根据临界状态时危险截面的内外力平衡条件、 几何关系及变形协调条件获得截面平均应力 与杆中挠度间的关系，并取极值得临界应力， 承载力计算公式为：
Ncr e Nu
偏压构件稳定系数：
e
N cr
Nu
f ( f y , f cu , , , e r0 )
2） 轴力与弯矩相关方程
采用直线表达： 采用圆的相关方程。
3） 增大偏心率法 参照钢筋混凝土偏心受压构件的计算方 法，即考虑纵向弯曲的影响，将初始偏 心距乘以大于1的增大系数。
4） 经验系数法 根据实验结果回归出稳定系数，表达 式为：
Ncr le No
5） 数值解法 可采用有限元法和纤维模型法进行钢管混凝 土受弯构件的承载力计算。
550 770
钢结构（S）
钢-钢筋混凝土混合结构 （SRC） 钢筋混凝土结构(RC)
不同结构形式的结构 占有面积的比较
建筑名称 上海新锦江饭店 天津第一饭店 汕头国际信托中心 香港政府大厦 某高层酒店 结构形式 钢结构 钢筋混凝土框剪结构 钢筋混凝土框筒结构 钢筋混凝土框剪结构 钢-钢筋混凝土混合结构 层 数 44 20 26 54 43 结构占有 面积% 3.2 7.0 6.0 7.1 3.3
研究方法分为两种类型： 不考虑钢管的约束效应， 考虑钢管的约束效应。 关键是如何确定进入塑性阶段时钢管的纵向应 力。 采用不同的强度理论（塑性理论、八面体理论， 最大剪应力理论，采用莫尔强度理论），所 得结果大体相同。按理想弹塑性分析时，结 果稍偏低。
计算钢管混凝土轴心受压时临界力的方法： 1、应用欧拉公式确定承载力 构件的临界力是钢管和混凝土的欧拉 临界力之和，即：