ε（με）
ε（με）
ε（με）
钢管屈服点对应于峰值荷载点
1.2 1 0.8
N / Nu
3000
2000
N (kN)
0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4 c-150-3-80-a-235 c-150-3-80-b-235 c-150-3-80-c-235 c-150-3-80-d-235
1000
试测承载力
D t D/t αa fy f cu Nue
4380 254 C80 4590 4460 2860 3670 263 C80 3700 3900 3150 4400 346 C80 4600 4790 -
简单叠加承载力
Nue
4477
N s c a
N ue N s ca
1.54 1.61 1.56
结构 材料 发展 趋势
高强砼 高强钢材
传统 组合 结构 优势 不明 显
钢管混凝土：限制宽厚 比，不能充分发挥高强 钢材性能，用钢量大 型钢混凝土：限制轴压 比，不能充分发挥高强 材料性能
1、节点构造复杂，施工困难，节点耗材成为困扰工 程应用的主要问题 2、力学性能可进一步改善
2. 钢管约束混凝土柱
1.302 1.411 1.634
1.455 1.453 1.387 1.206 1.213 1.223 1.406 1.441 1.462 1.451 1.405 1.374
2046 2330
2347
26.6
0.17
2366 2324 2234
21.8
0.21
2267 2275 2120
42.1
0.10
5000
4000
Nu fcc Ac f b Ab f a Aa
极限承载力
约束混凝土 承载力 纵筋承载力 型钢承载力
Nuc(kN)
3000
2000 本文 Amir Fam O'Shea Peter Hong Mei Prion 系列7 0 1000 2000 3000 4000 5000
1000
1000
钢管屈服点对 应于峰值荷载点 构件模式对承 载力、延性无明 显影响
0
荷载-变形曲线对比
5000
1.2 1 0.8
ε /με
归一化的荷载-变形曲线对比
ε/εu
4000
3000 2000 cs-210-3-80-a-235 cs-210-3-80-b-235 cs-210-3-80-c-235 cs-210-3-80-a-345 cs-210-3-80-b-345 cs-210-3-80-c-345 0 5000 10000 15000 20000
柱内型钢
梁纵筋
加劲肋
柱纵筋与箍筋 梁纵筋
短钢梁或牛 短钢梁或牛腿 腿 加劲肋 排气孔 箍筋贯穿孔
SRC 柱—RC 梁：纵筋焊接或搭接节点 型钢混凝土柱—钢筋混凝土梁
外侧环梁纵筋 环梁纵筋 环梁箍筋 外侧环梁纵筋
1 梁纵筋 内侧环梁纵筋 补强钢筋或钢板 1
梁纵筋
肋钢筋
内侧环梁纵筋
1-1 剖面
CFST 柱—RC 梁：穿筋式节点 钢管混凝土柱—钢筋混凝土梁
φ
加强环
φ8
φ
纵筋：直径 13.3mm，屈 服强度 506MPa 箍筋：直径 8.1mm， 屈服强度，305MPa
φ
纵筋：直径 13.3mm，屈 服强度 506MPa 箍筋：直径 8.1mm，屈 服强度 305MPa
(a) 钢筋混凝土对比试件 图压弯构件详图 3.2-1 试件细部图
(b) 圆钢管约束钢筋混凝土柱
2000 kN 压力 传感器 2500 kN 液压 千斤顶 四联杆
2500 2000
N /kN
c-140-3-70-a
1.2
c-140-3-70-c
剪切破坏面
骨架曲线对比
归一化骨架曲线对比
1.0 0.8
N / Nu
1500 1000 500 0 0 10000 20000 30000
ccft-140-3-70 c-140-3-70-a c-140-3-70-c 钢管屈服
钢管在节点断开,不直接承受荷载,只对核心砼起约束作用 特点
连接方便
约束效果好，抗震性能优越， 轴压比限值高 抗火性能好，无需防火保护 钢管无屈曲问题
钢梁
钢筋 砼梁
充分利用高强混凝土和高强 钢材的强度 提高纵筋率，保 证“强剪弱弯”
可不配钢筋笼， 混凝土浇筑方便
钢管约束型钢混凝土柱
钢管约束钢筋混凝土柱
0.6 0.4
ccft-140-3-70
0.2 0.0 0 1
c-140-3-70-a c-140-3-70-c

4
ε /με
ε/εu
2
3
圆钢管约束混凝土延性与钢管混凝土无明显差别
均为剪切破坏
承载力对比
组别 试 件编 号 ccft-133-5-70 c-c-1 c-133-5-70-a c-133-5-70-c ccft-140-3-70 c-c-2 c-140-3-70-a c-140-3-70-c c-133-5-75-a-1 m-c-3 c-133-5-75-a-2 c-133-5-75-a-3 c-133-6-75-a-1 m-c-4 c-133-6-75-a-2 c-133-6-75-a-3 c-140-3-75-a-1 m-c-5 c-140-3-75-a-2 c-140-3-75-a-3 c-160-5-75-a-1 m-c-6 c-160-5-75-a-2 c-160-5-75-a-3 159 5.1 480 139 3.3 420 133 6.1 399 133 5.0 399 139 3.3 420 133 5.0 399
C50混凝土试件的破坏模式：混凝土压溃破坏
3000
3000
3000
3000
2000
2000
N (kN)
N (kN)
2000
1000 c-150-3-80-a-235 钢管屈服 yield 0 0 5000 10000 15000 20000 25000
1000 c-150-3-80-b-235 钢管屈服 yield 0
三、圆钢管约束钢筋混凝土框架柱的滞回性能 四、钢管约束混凝土柱典型工程应用
一、钢管约束混凝土柱的特点
1.传统钢管（型钢）混凝土柱的不足
型钢混凝土柱截面
SRC柱截面
型钢混凝土柱—钢梁节点
柱内型钢 加劲肋 柱纵筋与箍筋 梁纵筋
加劲肋 排气孔
型钢混凝土柱—钢筋混凝土梁 SRC 柱—RC 梁：纵筋贯通节点
梁纵筋 上环板
环板
梁纵筋
竖板 下环板
梁纵筋
CFST 柱—RC 梁：外加强环节点 钢管混凝土柱—钢筋混凝土梁
达到
达承载力前，对混凝土约束不足 达承载力时，钢管易屈曲，延性较低 钢管直接承载，防火保护费用高 方钢管、高强砼、高轴压比时，更是如此
对混凝土约束效应低，抗震性能差
轴压比限值低 框架短柱层间变形能力差
1000 c-150-3-80-c-235
N (kN)
N (kN)
2000
1000
钢管屈服 yield
0 0 5000 10000 15000 20000 25000 0
c-150-3-80-d-235 yield 钢管屈服 0 5000 10000 15000 20000 25000
ε（με）
0
5000 10000 15000 20000 25000
2850
2732
1.05 1.48
3756
2488
1.49 1.57
2505
1.26 1.45
4597
3030
1.52 1.58
圆钢管约束型钢混凝土柱的承载力高于型钢混凝土柱的承载力 其承载力高于简单叠加承载力
4、圆钢管约束混凝土短柱的承载力计算
基本假定： 钢管屈服点对应于极限承载力点 极限承载力点处，钢管沿环向屈服
0
约束混凝土抗压强度
f f fcc fco (1.254 2.254 1 7.94 r 2 r ) fco fco
Nue (kN)
承载力公式与试验结果对比
混凝土的约束应力
fr
2tf y D 2t
f co 非约束混凝土抗压强度
三、圆钢管约束钢筋混凝土框架柱的滞回性能
1、压弯构件滞回性能的试验研究
2000 cs-210-3-80-a-235 cs-210-3-80-b-235 cs-210-3-80-c-235 csrc-210-80 钢管屈服 0 5000 10000 15000 20000 cs-210-3-80-a-235 cs-210-3-80-b-235 cs-210-3-80-c-235 0 1 2 3 4
二、圆钢管约束混凝土短柱的轴压力学性能
1、圆钢管约束素混凝土轴压短柱
钢管混凝土
模式a
模式c
加载装置 试验内容： 承载力比较 钢管分隔对承载力的影响
试验参数： 6组18个试件 加载方式：单调与反复 混凝土强度：C70、C75 钢管径厚比：20、26、42 钢管强度：Q345
ccft-133-3-70
0.6 0.4 0.2 0 0 1 2 3 4
N / Nu
1000
cs-210-3-80-a-235 cs-210-3-80-b-235 cs-210-3-80-c-235 cs-200-2-80-a-235 cs-200-2-80-b-235 cs-200-2-80-c-235
0
钢管屈服强度 提高，承载力提 高，但延性变化 不明显 钢管径厚比对 延性影响不显著