钢管约束混凝土柱的性能与设计

本书系统地阐述了作者在钢管约束混凝土柱，钢管约束钢筋混凝土柱，钢管约束型钢混凝土柱的理论、试验方法和设计方法方面的创新性研究成果，并给出了这种新型构件的典型工程应用实例。内容主要包括：钢管约束混凝土轴压短柱的力学性能；钢管约束钢筋混凝土框架柱和钢管约束型钢混凝土框架柱的滞回性能；各类钢管约束混凝土柱的承载力计算方法、构造与设计方法；钢管约束混凝土柱的五个典型工程应用情况。

本书可供土木工程专业的高年级本科生、研究生、教师、科研人员和工程技术人员参考。

前言

几何量、物理量常用符号和单位约定

第1章 绪论

第2章 圆钢管约束混凝土轴压短柱的力学性能

第3章 圆钢管约束钢筋混凝土框架柱的滞回性能

第4章 圆钢管约束型钢混凝土框架柱的滞回性能

第5章 方钢管约束混凝土轴压短柱的力学性能

第6章 方钢管约束钢筋混凝土框架柱的滞回性能

第7章 方钢管约束型钢混凝土框架柱的滞回性能

第8章 钢管约束混凝土柱的设计方法

第9章 钢管约束混凝土柱典型工程应用

参考文献

钢管约束钢筋混凝土柱具有承载力高、抗震性能好、节点构造简单等优点，在高层建筑与大跨空间结构中得到了应用。目前国内外尚无关于方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究，更无设计规范或规程可供参考。因受力特点不同，方钢管约束钢筋混凝土柱不能套用钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火研究成果。因此对方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能开展了试验研究与理论分析，并提出了相应的抗火设计方法。首先进行了方钢管约束钢筋混凝土柱足尺明火试验，实测了标准火灾作用下构件截面关键测点温度、轴向变形、柱顶转角、侧向变形、耐火极限和破坏模式，获得了荷载比和偏心距对火灾下构件变形和耐火极限的影响规律。建立了方钢管约束钢筋混凝土柱温度场和耐火极限的有限元分析模型，分析了荷载比、截面尺寸、偏心率等参数对温度场和耐火极限的影响规律，提出了标准火灾作用下钢管、钢筋与混凝土温度的计算方法与耐火极限的计算方法。实际结构中受火柱受到相邻构件的约束，受力机理和抗火性能与单体构件显著不同，因此分析了端部轴向约束与转动约束作用对构件抗火性能的影响。获得了轴向约束刚度比和转动约束刚度比对构件耐火极限的影响规律，提出了火灾下构件计算长度计算公式，以及考虑端部约束的方钢管约束钢筋混凝土柱抗火设计方法。本项目揭示了火灾下方钢管约束钢筋混凝土柱的工作机理，建立了方钢管约束钢筋混凝土柱的抗火设计方法，为该类构件的防火设计奠定了基础，进一步完善了钢管约束钢筋混凝土柱的设计理论。 2100433B

钢管约束钢筋混凝土柱具有承载力高、抗震性能好、节点构造简单等优点，在高层建筑与大跨空间结构中得到应用。目前国内外尚无关于方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究，更无设计规范或规程可供参考。因受力特点不同，方钢管约束钢筋混凝土柱不能套用钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火研究成果。因此，应对其抗火性能展开研究。此外，相关研究表明，实际结构中受火柱受到相邻构件的约束，受力机理和抗火性能与单体构件显著不同，有必要考虑端部约束作用。为此，本项目将以方钢管约束钢筋混凝土柱为研究对象，采用试验研究与理论分析相结合的方式，重点研究火灾下无端部约束构件的温度、变形与耐火极限，并提出抗火设计方法；在此基础上，引入端部约束作用，分析其对火灾下方钢管约束钢筋混凝土柱受力机理与耐火极限的影响，提出可考虑端部约束作用的抗火设计建议。本项目的研究成果将进一步完善钢管约束钢筋混凝土柱的抗火设计理论，促进该类构件的应用与发展。

钢管约束混凝土是一种力学性能优越、施工方便、造价低廉的新型组合柱，包括钢管约束钢筋混凝土和钢管约束型钢混凝土两种形式。课题组的初探性研究结果表明，由钢管约束混凝土柱与混凝土/钢梁、钢支撑、混凝土剪力墙等构件组成的钢管约束混凝土混合结构体系（简称钢管约束混凝土结构体系）抗震性能优越，在我国应用前景广泛。钢管约束混凝土在国内外的高层建筑中已逐渐得到应用，但国内外的研究主要集中于构件，对梁柱节点和结构体系的研究还未开展，导致理论研究落后于工程实践。本项目将对高层建筑钢管约束混凝土框架、框架-支撑、框架-剪力墙和框架-筒体四种结构体系进行研究。课题组将在传统的高层建筑结构体系研究的基础上，采用试验研究、有限元数值模拟、理论分析和简化力学方法相结合的手段，对关键构件、梁柱节点、结构体系的静力与抗震性能进行研究，提出简化力学模型，建立静力与抗震设计理论，为这种新型结构体系的广泛应用提供理论基础。 2100433B