本發(fā)明涉及一種微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法，特別是一種微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法。

背景技術：

微型鋼管混凝土樁一般指樁徑小于300mm，其構造主要由鋼管套、加筋、注漿體及附屬件組成，目前在邊坡工程中得到廣泛應用。目前關于鋼管混凝土樁抗彎承載力的設計計算方法在國外具有代表性的方法有美國規(guī)程aisc-lrfd(1999)、日本規(guī)程aij(1997)和歐洲規(guī)程ec4(1994)。其中美國規(guī)程aisc-lrfd(1999)和日本規(guī)程aij(1997)在計算鋼管混凝土樁的抗彎承載力時采用了類似的計算方法，即忽略混凝土對抗彎承載力的貢獻，僅考慮鋼管的作用，其計算式如下：mu＝zfy(式中，mu為構件的極限彎矩，fy為鋼材的屈服強度，z為鋼管截面塑性抵抗矩)；歐洲規(guī)程ec4(1994)考慮了混凝土的作用，承載力計算表達式為鋼材屈服強度fy的倍數(shù)關系，其計算式為：mu＝fy[as(d-2t-dc)/2+dt(t+dc)](式中，mu為構件的極限彎矩，fy為鋼材的屈服強度，as為鋼管截面面積，d為鋼管直徑，t為鋼管壁厚，dc為截面中性軸距受壓區(qū)邊緣距離)。

在國內(nèi)具有代表性的規(guī)程是gb50396-2014，其計算表達式中考慮了混凝土的作用，為構件截面抗彎模量、圓鋼管混凝土軸壓強度指標和抗彎承載力計算系數(shù)三者的乘積，被廣泛采用，其計算表達式為：mu＝γmwscmfscy(式中，mu為構件的極限彎矩，γm為抗彎承載力計算系數(shù)，wscm為構件截面抗彎模量，fscy為圓鋼管混凝土軸壓強度指標)。

上述介紹的方法中，美、日規(guī)程介紹的設計計算方法由于忽略了混凝土對抗彎承載力的貢獻，僅考慮鋼管的作用，故計算值偏低；歐洲規(guī)程介紹的設計計算方法考慮了混凝土的作用，承載力計算表達式為鋼材屈服強度fy的倍數(shù)關系，與國內(nèi)規(guī)程相比其計算結果偏大；國內(nèi)規(guī)程介紹的設計計算方法應用雖廣泛，但計算表達式是從普通鋼管混凝土中推導得出，應用于微型圓鋼管混凝土構件還有待考證。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法。本發(fā)明更適合用于計算微型鋼管混凝土樁極限抗彎承載力，計算結果更準確可靠。

本發(fā)明的技術方案：一種微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法，是將鋼管和混凝土進行區(qū)分，土樁極限抗彎承載力為鋼管抗彎承載力和混凝土抗彎承載力兩部分之和。

前述的微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法，構件的極限抗彎承載力為鋼管抗彎承載力特征值和混凝土抗彎承載力特征值乘以套箍效應影響系數(shù)之和，表達式為mu＝ksms+kcmc；

式中，mu為微型鋼管樁的極限抗彎承載力；ks、kc分別為鋼管和混凝土套箍效應影響系數(shù)；ms、mc分別為鋼管和混凝土的抗彎承載力特征值。

前述的微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法，所述鋼管混凝土樁極限抗彎承載力通過式mu＝1.62βms+0.255(1.15+αsθ+αcθ²)mc獲得；

式中，θ為套箍系數(shù)；αs、αc分別為鋼管、混凝土的材料影響系數(shù)；混凝土標號為c20-c50時，β＝1，混凝土標號為c50-c80時，β＝0.96。

前述的微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法，所述套箍系數(shù)θ通過式獲得；

式中，as、ac分別為鋼管、混凝土截面面積。

前述的微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法，所述鋼管、混凝土的材料影響系數(shù)αs、αc分別通過式獲得。

前述的微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法，所述鋼管的抗彎承載力特征值ms通過式ms＝fws獲得；

式中，f為鋼管的屈服強度值；ws為鋼管的凈截面模量；

所述混凝土的抗彎承載力特征值mc通過式mc＝fcwc獲得；

式中，fc為混凝土的立方體抗壓強度標準值；wc為混凝土的凈截面模量。

本發(fā)明的有益效果：

針對現(xiàn)有的不足，本發(fā)明提供了一種新方法，與傳統(tǒng)意義上的以鋼管混凝土的統(tǒng)一理論為基礎，進而確定構件的極限抗彎承載力不同，本發(fā)明所提供的鋼管混凝土樁的抗彎承載力設計計算方法將構件中的鋼管和混凝土進行區(qū)分，由于套箍效應的存在，構件的極限抗彎承載力為鋼管和混凝土抗彎承載力特征值乘以一套箍效應影響系數(shù)之和，以此建立了微型圓鋼管混凝土樁的極限抗彎承載力設計計算表達式。本發(fā)明更適合用于計算微型鋼管混凝土樁極限抗彎承載力，計算結果更準確可靠。

實驗例

采用本發(fā)明所提供的微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法，與上述所介紹各方法進行對比，對比結果如表1所示。

表1與各規(guī)程對比

注：表中數(shù)據(jù)單位均為kn.m，數(shù)據(jù)一欄有下劃線的數(shù)據(jù)為試驗數(shù)據(jù)，其余為數(shù)值計算數(shù)據(jù)。試驗數(shù)據(jù)來源于文獻“韓林海.鋼管混凝土結構--理論與實踐[c].中國科協(xié)青年學術年會,1998:24-34.”。

數(shù)值計算數(shù)據(jù)所對應構件的型號如表2所示；

表2數(shù)值計算數(shù)據(jù)所對應構件的型號

從上述對比結果可以知道，美、日規(guī)程由于忽略了混凝土對抗彎承載力的貢獻，僅考慮鋼管的作用，故計算值偏低，所得計算結果偏于安全；歐洲規(guī)程計算結果則普遍偏高；國內(nèi)規(guī)程的計算結果試驗數(shù)據(jù)相差較大，而本文提出的微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法與試驗數(shù)據(jù)及數(shù)值計算數(shù)據(jù)吻合良好，用于微型圓鋼管混凝土樁的極限抗彎承載力計算更為合適。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但并不作為對本發(fā)明限制的依據(jù)。

本發(fā)明的實施例

實施例1：一種微型圓鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算方法，是將鋼管和混凝土進行區(qū)分，土樁極限抗彎承載力為鋼管抗彎承載力和混凝土抗彎承載力兩部分之和。

構件的極限抗彎承載力為鋼管抗彎承載力特征值和混凝土抗彎承載力特征值乘以套箍效應影響系數(shù)之和，表達式為mu＝ksms+kcmc；

式中，mu為微型鋼管樁的極限抗彎承載力；ks、kc分別為鋼管和混凝土套箍效應影響系數(shù)；ms、mc分別為鋼管和混凝土的抗彎承載力特征值。

所述鋼管混凝土樁極限抗彎承載力通過式mu＝1.62βms+0.255(1.15+αsθ+αcθ²)mc獲得；

式中，θ為套箍系數(shù)；αs、αc分別為鋼管、混凝土的材料影響系數(shù)；混凝土標號為c20-c50時，β＝1，混凝土標號為c50-c80時，β＝0.96。

所述套箍系數(shù)θ通過式獲得；

式中，as、ac分別為鋼管、混凝土截面面積。

所述鋼管、混凝土的材料影響系數(shù)αs、αc分別通過式獲得。

所述鋼管的抗彎承載力特征值ms通過式ms＝fws獲得；

式中，f為鋼管的屈服強度值；ws為鋼管的凈截面模量；

所述混凝土的抗彎承載力特征值mc通過式mc＝fcwc獲得；

式中，fc為混凝土的立方體抗壓強度標準值；wc為混凝土的凈截面模量。

實施例2：影響微型鋼管混凝土構件抗彎強度的主要因素有混凝土強度等級、鋼管壁厚、樁徑、鋼材屈服強度四個因素，實施例主要從這個四個方面考慮不同的鋼管混凝土進行抗彎承載力計算。

本發(fā)明所提出的微型鋼管混凝土樁極限抗彎承載力計算公式為：

mu＝1.62βms+0.255(1.15+αsθ+αcθ²)mc(1)

1.鋼管混凝土型號：

混凝土強度等級c30，鋼管外徑d＝168mm，鋼管壁厚t＝7mm，鋼材屈服強度f＝235mpa；

2.抗彎承載力計算過程：

(1)公式(1)右邊第一項計算過程：

由于混凝土強度等級介于c20～c50，所以β＝1.0；

圓形截面模量計算公式為w＝πd³/32，其中d為外徑。

因此，鋼管的抗彎承載力特征值為：

ms＝fws＝235×10⁶×π×(0.168³-0.154³)/32

＝25120.145n.m＝25.120kn.m

式(1)右邊第一項計算結果為：

1.62βms＝1.62×1.0×25.120＝40.694kn.m；

(2)公式(1)右邊第二項計算過程：

mc＝fcwc＝30×10⁶×π×0.154³/32

＝10751.352n.m＝10.751kn.m；

式(1)右邊第二項計算結果為：

所以，鋼管混凝土樁的極限抗彎承載力計算結果為：

實施例3:

1.鋼管混凝土型號：

混凝土強度等級c70，鋼管外徑d＝168mm，鋼管壁厚t＝7mm，鋼材屈服強度f＝235mpa。

2.抗彎承載力計算過程：

(1)公式(1)右邊第一項計算過程：

由于混凝土強度等級介于c50～c80，所以β＝0.96

圓形截面模量計算公式為w＝πd³/32，其中d為外徑。

因此，鋼管的抗彎承載力特征值為：

ms＝fws＝235×10⁶×π×(0.168³-0.154³)/32

＝25120.145n.m＝25.120kn.m；

式(1)右邊第一項計算結果為：

1.62βms＝1.62×0.96×25.120＝39.067kn.m；

(2)公式(1)右邊第二項計算過程：

mc＝fcwc＝70×10⁶×π×0.154³/32

＝25086.488n.m＝25.086kn.m；

式(1)右邊第二項計算結果為：

所以，鋼管混凝土樁的極限抗彎承載力計算結果為：

實施例4:

1.鋼管混凝土型號：

混凝土強度等級c30，鋼管外徑d＝168mm，鋼管壁厚t＝10mm，鋼材屈服強度f＝235mpa。

2.抗彎承載力計算過程：

(1)公式(1)右邊第一項計算過程：

由于混凝土強度等級介于c20～c50，所以β＝1.0

圓形截面模量計算公式為w＝πd³/32，其中d為外徑。

因此，鋼管的抗彎承載力特征值為：

ms＝fws＝235×10⁶×π×(0.168³-0.148³)/32

＝34585.373n.m＝34.585kn.m；

式(1)右邊第一項計算結果為：

1.62βms＝1.62×1.0×34.585＝56.028kn.m；

(2)公式(1)右邊第二項計算過程：

mc＝fcwc＝30×10⁶×π×0.148³/32

＝9543.025n.m＝9.543kn.m；

式(1)右邊第二項計算結果為：

所以，鋼管混凝土樁的極限抗彎承載力計算結果為：

實施例5:

1.鋼管混凝土型號：

混凝土強度等級c30，鋼管外徑d＝273mm，鋼管壁厚t＝7mm，鋼材屈服強度f＝235mpa。

2.抗彎承載力計算過程：

(1)公式(1)右邊第一項計算過程：

由于混凝土強度等級介于c20～c50，所以β＝1.0；

圓形截面模量計算公式為w＝πd³/32，其中d為外徑。

因此，鋼管的抗彎承載力特征值為：

ms＝fws＝235×10⁶×π×(0.273³-0.259³)/32

＝68f77.327n.m＝68.577kn.m；

式(1)右邊第一項計算結果為：

1.62βms＝1.62×1.0×68.577＝110.095kn.m；

(2)公式(1)右邊第二項計算過程：

mc＝fcwc＝30×10⁶×π×0.259³/32

＝51170.591n.m＝51.171kn.m；

式(1)右邊第二項計算結果為：

所以，鋼管混凝土樁的極限抗彎承載力計算結果為：