1 引言

在<鋼管混凝土受壓構件的工作性能CFST(Concrete-Filled Steel Tube)>一文中, 介紹了CFST在巖土工程和系桿結構橋中的應用. 在工業與民用建筑方面, 特別是超高層建筑,為了抵抗風載荷和地震載荷, 也使用CFST來加強建筑的整體穩定性. 例如建于上世紀90年代位于深圳的賽格大廈,是國內較早使用CFST的超高層建筑. 賽格大廈(SEG Plaza)的主要構件尺寸: 鋼管直徑為0.7~1.7m，壁厚為12~30mm，混凝土等級為C40~C60. 此外, 一些超高層建筑也使用巨型阻尼器來抵抗建筑的水平運動, 例如高632m(128層)的上海中心和508m高的臺北101.

這個筆記僅簡要討論了CFST受壓構件承載力的設計計算方法, 分析方法可以使用通用的有限元軟件,例如Abaqus來計算, 這將在以后的筆記中進行討論.

2 CFST軸心受壓短柱的承載力分析

(1) 軸心受壓短柱的應變場呈軸對稱分布；

(2) 在極限狀態時，對于 D/t≥20 的薄壁鋼管，鋼管的應力狀態可簡化為縱向受壓、環向受拉的雙向應力狀態，并沿鋼管壁厚均勻分布；

(3) 混凝土達到極限壓應變后為理想塑性材料；

(4) 鋼管為理想彈塑性體，且其縱向壓應力和環向拉應力在塑性階段始終滿足Von Mises屈服條件

鋼管混凝土軸心受壓短柱的承載力表達式為：

3 CFST受壓構件的承載力

《公路鋼管混凝土拱橋設計規范規程》 JTGD65-06建議了鋼管為圓形截面的鋼管混凝土受壓構件承載力方法。將鋼管混凝土受壓構件的承載力按照具有鋼管混凝土組合軸心抗壓強度fsc的單一材料受壓構件，考慮了連接方式和影響構件承載力主要因素，給出鋼管為圓形截面的鋼管混凝土構件承載力計算公式。

3.1 單管CFST軸心受壓構件承載力計算

(1) 鋼管初應力折減系數Kp

鋼管混凝土構件內混凝土達到設計強度前空鋼管的應力稱為鋼管初應力。為了反映鋼管初應力對鋼管混凝土受壓構件承載力的影響，承載力計算中采用了鋼管初應力折減系數Kp.

(2) 鋼管內混凝土脫空折減系數Kd

鋼管內混凝土脫空是鋼管內壁與鋼管內混凝土出現局部脫離的現象，鋼管混凝土拱橋主拱等受壓構件多出現球冠形的鋼管內混凝土脫空現象。產生鋼管內混凝土脫空現象的主要原因是過大的鋼管內混凝土收縮和向鋼管內壓筑混凝土的現場施工環節銜接出現問題。鋼管內混凝土脫空對鋼管混凝土構件承載力和剛度有一定影響，在鋼管混凝土受壓構件承載力計算中要考慮。鋼管內混凝土脫空折減系數Kd 取0.95。

(3) 鋼管混凝土組合軸心抗壓強度設計值fsc

鋼管混凝土受壓構件承載力計算中規定的設計強度值，計算表達式為

3.2 單管CFST偏心受壓構件承載力計算

4 CFST構件的一般構造要求

(1) 鋼管可宜采用卷制焊接直縫管、也可采用螺旋形縫焊接管和無縫鋼管。焊縫必須采用對接焊縫，并達到與母材等強的要求。

(2) 鋼管材料可選用Q235、Q345或Q390，質量等級應根據使用環境選用B級或B級以上。

(3) 混凝土的強度等級，應符合承載力的要求，并與鋼管的鋼號相匹配，其強度等級不宜低于C30。一般情況下，Q235鋼材宜配C30或C40級混凝土；Q345鋼宜配C40、C50或C60級混凝土；Q390鋼材宜配C50或C60級以上的混凝土。

(4) 鋼管接長時，如管徑不變，宜采用等強度的坡口焊縫；如管徑改變，可采用法蘭盤和螺栓連接，法蘭盤應采用帶孔板，使管內混凝土保持連續。

(5) 為保證混凝土的澆筑質量，鋼管外徑不宜小于300mm；為了滿足焊接所需的最小厚度要求，鋼管壁厚不宜小于10mm。

(6) 為防止空鋼管在施工過程中受力時發生管壁局部失穩，鋼管外徑與壁厚之比，宜小于90，而卷制焊接直縫管宜大于40。

(7) 鋼管混凝土的套箍指標 θ 不宜小于0.6。套箍指標滿足此要求的構件，在使用荷載作用下處于彈性工作階段，而在最終破壞前又具有良好的延性。