GBT 51446-2021 钢管混凝土混合结构技术标准.pdf
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由圆形钢管混凝土弦杆与钢管、钢管混凝土或其他型钢腹机 昆合组成的桁式结构
由内置圆形钢管混凝土部分与钢管外包钢筋混凝土部 而成的结构,
地质灾害标准规范范本2.1.4钢管初应力限值limiting value of initial stress
钢管混凝土构件在钢管与混凝土共同工作前钢管应力 许值。
2.1.5钢管内混凝土脱空容限
void in the steel tube
圆形钢管与管内混凝土间形成的环形脱空或球冠形脱空的脱 空率限值或容许脱空高度。
2.1.6约束效应系数
钢管截面与钢管内混凝土截面的名义轴心受压承载力的 比值。
在轴心受压钢管混凝土式混合结构整体稳定计算中,将 管混凝土桁式混合结构换算为钢管混凝土构件时相应的长细比
2. 2.1 作用、作用效应和抗力
M一弯矩设计值; M.一一受弯承载力; N 轴力设计值; No一 钢管混凝土混合结构的截面受压承载力; N 钢管混凝土弦杆的截面受压承载力; Nefst 内置钢管混凝土部分的截面受压承载力; Nre 外包混凝土部分的截面受压承载力; N. 钢管混凝土弦杆的截面受拉承载力; 钢管混凝土混合结构的轴心受压承载力; V 剪力设计值; Vefst 内置钢管混凝土部分的受剪承载力; Vre 外包混凝土部分的受剪承载力: Vu 钢管混凝土混合结构的受剪承载力。
E一 混凝土的弹性模量; Ec. 钢管内混凝土的弹性模量; Ec.oc 混凝土结构板中的混凝土或钢管外包混凝土的弹性 模量; E, 钢材的弹性模量: 钢材的抗拉、抗压和抗弯强度设计值; f 混凝土的轴心抗压强度设计值: fck 混凝土的轴心抗压强度标准值 fc.oc 钢管外包混凝土的轴心抗压强度设计值; fa 钢管外包混凝土的立方体抗压强度标准值:
fi 纵筋的抗拉强度设计值; f 纵筋的抗压强度设计值: fsc 钢管混凝土截面的轴心抗压强度设计值; fscy 钢管混凝土截面的轴心抗压强度标准值: fs 钢管混凝土截面的抗剪强度设计值; 钢材的屈服强度; Gc.c 钢管内混凝土的剪变模量; Gc,oc 混凝土结构板中的混凝土或钢管外包混凝土的剪变 模量; 钢材的剪变模量; W 钢管混凝土式混合结构的截面抗弯模量
De一 一 腐蚀后钢管外径; D;一钅 钢管内混凝土的直径; ho 沿弯矩作用方向截面计算高度; h;一 结构沿截面高度方向受压和受拉弦杆形心的距离; H一 截面高度; I 钢管内混凝土的截面惯性矩; Is 钢管的截面惯性矩; 结构的计算长度; 钢管混凝土桁式混合结构中单根柱肢的节间长度; 箍筋长度; S 箍筋间距; t 钢管壁厚或钢板厚度; te一 腐蚀后钢管壁厚; uo 初始弯曲度; α 腹杆在弦杆截面平面投影夹角的一半; △t 腐蚀后钢管的平均壁厚损失值; P 纵向受力钢筋的配筋率; v 体积配箍率; 斜腹杆与弦杆的夹鱼
2.2.4计算系数及其他
3.1.1钢管混凝土混合结构设计应包括下列内容: 1 结构方案设计,包括结构选型、结构布置; 2 材料选用及截面选择; 3 作用及作用效应分析; 4 结构的极限状态验算; 5 结构、构件及连接的构造; 6制作、运输、安装、防腐和防火等要求; 7 满足特殊要求结构的专门性能设计。 3.1.2本标准采用以概率理论为基础的极限状态设计方法,用 分项系数设计表达式进行设计。 3.1.3钢管混凝土混合结构应进行承载能力极限状态设计,且 除偶然设计状况外,应进行正常使用极限状态设计,并应符合下 列规定: 1进行承载能力极限状态设计时,应采用作用的基本组合、 偶然组合或地震组合; 2进行正常使用极限状态设计时,应采用作用的标准组合、 频遇组合或准永久组合。 3.1.4钢管混凝土混合结构的安全等级和设计工作年限应符合 现行国家标准《工程结构可靠性设计统一标准》GB50153的有 关规定。钢管混凝土混合结构的安全等级,不应低于整体工程结 构的安全等级。 3.1.5进行钢管混凝土混合结构设计时,应合理选择材料、结 构方案和构造措施,满足结构构件在施工和使用过程中的强度、 刚度和稳定性要求,并应符合防腐和防火等要求。
3.1.5进行钢管混凝土混合结构设计时,应合理选择材
构方案和构造措施,满足结构构件在施工和使用过程中的强 刚度和稳定性要求,并应符合防腐和防火等要求。
1.6钢管混凝土混合结构的变形和裂缝宽度应满足安全和使 要求。根据工程类别,结构各部位的变形和裂缝宽度容许值应 合国家现行有关标准的规定
3.1.8钢管混凝土混合结构应结合施工技术与实际工程条件
3.2.1钢管混凝土混合结构荷载标准值、荷载组合的分项系数、 组合值系数的确定应根据工程类别,符合国家现行有关标准的规 定。直接承受动力荷载的钢管混凝土混合结构,计算构件强度 稳定性以及连接强度、疲劳时,动力荷载代表值应乘以动力系 数。动力系数取值应符合国家现行有关标准的规定。 3.2.2进行钢管混凝土混合结构的强度、稳定性以及连接强度 验算时,应采用荷载设计值;进行钢管混凝土混合结构的疲劳验 算时,应采用荷载标准值
3.3.1钢管混凝土混合结构中钢管混凝土的构造应符合下
1圆形截面钢管外径不应小于200mm,壁厚不应小于 ),且不宜小于 ),其中f,为钢管钢材的屈服强度(N/mm)。 2截面含钢率不宜小于0.06,且不应大于0.20。截面含钢 率应按下式计算:
式中:α. 截面含钢率;
As一钢管的截面面积(mm); A。一一钢管内混凝土的截面面积(mm)。 3约束效应系数不宜小于0.6,且不应大于4.0。约束效应 系数应按下式计算:
式中:一一约束效应系数; fck一一混凝土的轴心抗压强度标准值(N/mm); f,一一钢管钢材的屈服强度(N/mm)。 4当钢管外径大于或等于2000mm时,宜采取减小钢管内 混凝土收缩的构造措施。 3.3.2偏心受压的钢管混凝土式混合结构宜采用斜腹杆形式 当弦杆间距较小或有使用要求时,也可采用平腹杆形式。钢管混 凝土桁式混合结构腹杆的构造应符合下列规定: 1腹杆宜采用圆钢管或钢管混凝土,也可采用其他型钢; 2斜腹杆轴线宜交于节点中心;当杆件偏心不可避免时, 应满足本标准第8.2.1条的要求;采用K形间隙连接节点时: 腹杆端部净距不宜小于两腹杆壁厚之和; 3平腹杆中心距离不宜大于弦杆中心距的4倍;腹杆空钢 管截面积不宜小于单根弦杆钢管截面积的1/5; 4腹杆与弦杆连接的其他构造要求、焊缝计算及弦杆在连 接处的受拉承载力计算应按现行国家标准《钢结构设计标准》 GB50017的有关规定执行。 3.3.3单肢钢管混凝土加劲混合结构中钢管混凝土部分的钢管 外径(D)与结构外截面宽度(B)的比值不宜小于0.5,且不 宜大于0.75;多肢钢管混凝土加劲混合结构中钢管混凝土部分 中角部钢管外径(D)与结构外截面宽度(B)的比值不宜小于 0.15,且不宜大于0.25。
3.3.3单肢钢管混凝土加劲混合结构中钢管混凝土部分的钢
外径(D)与结构外截面宽度(B)的比值不宜小于0.5,且 宜大于0.75;多肢钢管混凝土加劲混合结构中钢管混凝土部 中角部钢管外径(D)与结构外截面宽度(B)的比值不宜小 0. 15,且不宜大于 0. 25。
4.1.1钢管混凝土混合结构中的钢管材料宜采用Q355、Q390、 Q420和Q460钢。钢材的质量应符合现行国家标准《碳素结构 钢》GB/T700、《低合金高强度结构钢》GB/T1591、《建筑结 构用钢板》GB/T19879和《桥梁用结构钢》GB/T714的有关 规定。
1.1.2钢管混凝土混合结构中钢管的强度设计值和其他物理
能指标,应按现行国家标准《钢结构设计标准》GB50017、《码 素结构钢》GB/T700和《低合金高强度结构钢》GB/T1591 有关规定执行。
4.1.3钢管混凝土混合结构中的钢管宜采用直缝焊接钢管
逢应采用全熔透对接焊缝并应符合现行国家标准《钢结构焊接 范》GB50661中关于一级焊缝质量检验标准;也可采用无缝 管,钢管质量应符合现行国家标准《结构用无缝钢管》GB/ 8162的有关规定
HRB500、HRBF400、HRBF500钢筋;箍筋宜采用HRB40g HRBF400、HPB300、HRB500、HRBF500钢筋,并应符合理 行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的有关规定
4.2.1钢管混凝土混合结构的混凝土质量应符合现行国家标 混凝土结构设计规范》GB50010和《混凝土强度检验评定机 准》GB/T50107的有关规定,并应符合下列规定: 1钢管内混凝土的水胶比不宜大于0.45;
4.2.1钢管混凝土混合结构的混凝土质量应符合现行国家标准
4.2.1钢管混凝土混合结构的混凝土质量应符合现行国家标
准》GB/150107的有关规定,开应符合下列规定:
2钢管内混凝土的强度等级不应低于C30; 3钢管混凝土加劲混合结构管内混凝土的强度等级不应低 于钢管外包混凝土的强度等级;钢管外包混凝土的强度等级不应 低于C30。
表4.2.2钢管内混凝土强度等级
4.3.1用于钢管混凝土混合结构的焊接材料应符合下列规
栓的规格和尺寸应分别符合现行国家标准《六角头螺栓C级》 GB/T5780与《六角头螺栓》GB/T5782的规定; 2钢结构用大六角高强度螺栓的质量应符合现行国家标准 《钢结构用高强度大六角头螺栓》GB/T1228、《钢结构用高强度 大六角螺母》GB/T1229、《钢结构用高强度垫圈》GB/T1230、 《钢结构用高强度大六角头螺栓、大六角螺母、垫圈技术条件》 GB/T1231的规定。扭剪型高强度螺栓的质量应符合现行国家 标准《钢结构用扭剪型高强度螺栓连接副》GB/T3632的规定; 3圆柱头焊(栓)钉连接件的质量应符合现行国家标准 《电弧螺柱焊用圆柱头焊钉》GB/T10433的规定。 4.3.4连接紧固件的强度指标应按现行国家标准《钢结构设计 标准》GB50017的有关规定执行。
4.4.1用于钢管混凝土混合结构的防腐材料应符合现
准《色漆和清漆防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护 第 分:总则》GB/T30790.1的有关规定。
准《色漆和清漆防护涂料体系对钢结构的防腐蚀保护第1部 分:总则》GB/T30790.1的有关规定。 4.4.2用于钢管混凝土混合结构的防火涂料应符合现行国家标 准《钢结构防火涂料》GB14907的有关规定,其他类型防火材 料应符合国家现行有关标准的规定
准《钢结构防火涂料》GB14907的有关规定,其他类型防 料应符合国家现行有关标准的规定
5.1.1钢管混凝土混合结构应进行整体作用效应分析,并应对 结构中受力状况特殊部位进行更详细地分析。 5.1.2当结构在施工阶段和使用阶段有多种受力工况时,应分 别进行结构分析,确定对结构最不利的作用组合,并应符合下列 规定: 1结构遭受罕遇地震、火灾、撞击等偶然作用时,尚应按 国家现行有关标准的要求进行相应的结构分析; 2当混凝土的收缩、徐变、支座沉降、温度变化、腐蚀等 间接作用在结构中产生的作用效应危及结构的安全或正常使用 时,应进行相应的作用效应分析,并应采取相应的技术措施; 3使用阶段的结构分析,应计人施工过程所形成的内力和 变形对结构受力性能的影响。 5.1.3 结构分析应符合下列要求: 1 满足力学平衡条件; 2 符合变形协调条件,包括节点和边界的约束条件等; 3 采用合理的材料本构模型; 4 进行施工阶段和使用阶段结构计算。 5.1.44 钢管混凝土混合结构应对主要施工阶段进行下列计算: 1钢管构件制作、运输、安装过程中,钢结构的强度、变 形和稳定计算; 2钢管内混凝土浇筑过程中,钢结构的强度、变形和稳定 计算; 3对于钢管混凝土加劲混合结构,浇筑钢管外包混凝土过 程中钢结构及混凝土结构的强度、变形和稳定计算。
5.1.5施工阶段结构分析中,应计入施工全过程中出现的实际 作用和效应,包括架设机具和材料、安装过程中的钢管结构、浇 筑过程中的混凝土、临时支撑的安装和拆除、温度变化、风荷载 和其他施工临时荷载。
5.2.1钢管混凝土截面的轴心抗压强度设计值应按下列公式
5.2.1钢管混凝土截面的轴心抗压强度设计值应按下列公式 计算:
fsc = Iscy sc f scy = (1. 14 + 1. 023) fck
2.2钢管混凝土截面的抗剪强度设计值宜按下式计算:
(EA)= EsAs+Ec,cA (EA), = E.A.
式中:(EA)。 钢管混凝土截面的弹性抗压刚度(N); (EA), 钢管混凝土截面的弹性抗拉刚度(N); E 钢管钢材的弹性模量(N/mm),应按现行国 家标准《钢结构设计标准》GB50017的有关
规定确定; Ec 钢管内混凝土的弹性模量(N/mm),应按现 行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010 的有关规定确定; A。一一钢管的截面面积(mm); A。一一钢管内混凝土的截面面积(mm)。 钢管混凝土截面的弹性抗弯刚度宜按下式计算:
EI = E.I, +E.I
式中:EI一 钢管混凝土截面的弹性抗弯刚度(N·mm); I一钢管的截面惯性矩(mm*); I。一一钢管内混凝土的截面惯性矩(mm)。 5.2.5钢管混凝土截面的弹性抗剪刚度宜按下式计算:
GA = G,A, +Gc.cA.
式中: GA一 钢管混凝土截面的弹性抗剪刚度(N); G 钢管钢材的剪变模量(N/mm?),应按现行国家 标准《钢结构设计标准》GB50017的有关规定 确定; Gc 钢管内混凝土的剪变模量(N/mm),应按现行 国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的有 关规定确定。
A)h=ZEA+Es.A,+EA)+EcoAo
(EA)c.h = Z(E,As +Es.A, +Ec.cA.) +Ec.ocA
式中:(EA)c,h— 钢管混凝土混合结构的截面弹性抗压刚度
式中:(EA)c,h 钢管混凝土混合结构的截面弹性抗压刚度 (N); (EA)t,h 钢管混凝土混合结构的截面弹性抗拉刚度 (N):
Es 钢管钢材的弹性模量(N/mm); Es,1 纵筋钢材的弹性模量(N/mm); Ec.c 钢管内混凝土的弹性模量(N/mm); Ec,oc 混凝土结构板中的混凝土或钢管外包混凝土 的弹性模量(N/mm); As 钢管的截面面积(mm); A 纵筋的截面面积(mm); A 钢管内混凝土的截面面积(mm); Ao 混凝土结构板中的混凝土或钢管外包混凝土 的截面面积(mm)。
A。一一钢管内混凝土的截面面积(mm); A。一混凝土结构板中的混凝土或钢管外包混凝土 的截面面积(mm)。 管混凝土混合结构的截面弹性抗弯刚度宜按下式计算: EI)h =E,Is,h +Es,I1h+Ec,cIc,h+Ec,ocIoc,h(5.2.7) EI)h一钢管混凝土混合结构的截面弹性抗弯刚度 (N : mm); Is,h 钢管对钢管混凝土混合结构截面形心轴的惯 性矩(mm*); 纵筋对钢管混凝土混合结构截面形心轴的惯 性矩(mm*); 钢管内混凝土对钢管混凝土混合结构截面形 心轴的惯性矩(mm); Ioc.h 混凝土结构板中的混凝土或钢管外包混凝土 对钢管混凝土混合结构截面形心轴的惯性矩 (mm*)。
5.2.8钢管混凝土混合结构的截面弹性抗剪刚度宜按
(GA)h = Z(G,A, +Gc.cA.)+Gc.A.
中: (GA)h 钢管混凝土混合结构的截面弹性抗剪刚度 (N); Gc.c 钢管内混凝土的剪变模量(N/mm),应按
现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB 50010的有关规定确定; Gc.oc 混凝土结构板中的混凝土或钢管外包混凝土 的剪变模量(N/mm),应按现行国家标准 《混凝土结构设计规范》GB50010的有关规 定确定。
5.3.1钢管混凝土混合结构分析应根据结构类型、材料性能和 受力特点等,选择弹性分析方法、弹塑性分析方法或试验分析方 法。采用计算软件进行结构分析时,应对结果进行判断和校核, 确认结果合理、有效后方可应用于工程设计。 5.3.2钢管混凝土混合结构的计算分析应计入风荷载的静力和 动力作用,特殊结构的风荷载体型系数宜通过风洞试验确定。 5.3.3钢管混凝土式混合结构的阻尼比,在多遇地震作用下 可取0.03,在罕遇地震作用下可取0.04;钢管混凝土加劲混合 结构的阻尼比,在多遇地震作用下可取0.045,在罕遇地震作用 下可取0.05;结构阻尼比也可根据结构试验确定。 5.3.4采用纤维模型法进行钢管混凝土混合结构的弹塑性分析 时,可采用本标准附录A中的材料本构模型
5.3.4采用纤维模型法
5.3.4采用纤维模型法进行钢管混凝土混合结构的引
6钢管混凝土式混合结构承载力计算
6.1.1钢管混凝土桁式混合结构中,弦杆的容许长细比应按现 行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB50936的有关规定 确定,腹杆的容许长细比应按现行国家标准《钢结构设计标准》 GB50017的有关规定确定。 6.1.2钢管混凝土桁式混合结构的承载力设计应分别对结构整 体承载力和单根弦杆、腹杆的承载力进行计算。结构的换算长细 比应通过结构整体分析确定,轴心受压结构的换算长细比也可按 现行国家标准《钢管混凝土结构技术规范》GB50936确定。除 按本标准方法计算外,结构的承载力也可通过结构整体分析 确定。 6.1.3带混凝土结构板的钢管混凝土桁式混合结构,混凝土结 构板和架之间应有效连接并共同工作。 6.1.4由施工过程引起的单肢弦杆钢管初应力限值应为空钢管 承载力对应临界应力值的35%。当钢管混凝土中由施工过程引 起的钢管初应力小于限值时,可忽略施工过程对成型后结构承载 力计算的影响。当钢管混凝土中由施工过程引起的钢管初应力大 于或等于限值时,应计入施工过程对成型后结构承载力计算的 影响
6.1.4由施工过程引起的单肢弦杆钢管初应力限值应为
承载力对应临界应力值的35%。当钢管混凝土中由施工过程引 起的钢管初应力小于限值时,可忽略施工过程对成型后结构承载 力计算的影响。当钢管混凝土中由施工过程引起的钢管初应力大 于或等于限值时,应计入施工过程对成型后结构承载力计算的 影响。
N
式中:N——轴向压力设计值(N); 轴心受压承载力(N):
硅钢片标准(Λ+35)3 1743 Λp= Vf, 420+550 入。= 元V /(1. 02:± 1. 14) f.d
(a < 0. 4)
(0. 4 < a < 1. 2)
(a > 1. 2)
(a≤ 0. 4) (a > 0. 4)
城市道路标准规范范本6.2.2不带混凝土结构板且受压弦杆相同的钢管混凝土桁式混
式中:e 混凝土结构板的受压稳定系数,应按现行国家标准 《混凝土结构设计规范》GB50010计算,计算长度 宜按节间长度取值; 6。一单肢弦杆梁对应的混凝土结构板翼缘计算宽度 (mm),应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》 GB 50010计算; Zbe一 混凝土结构板翼缘计算宽度之和(mm),计算宽度 重叠的部分不应重复计算; hb一一截面受压区混凝土结构板厚度(mm); f。一混凝土结构板中混凝土的轴心抗压强度设计值 (N/mm) :
2.5带混凝土结构板且受压、受拉弦杆分别相同的钢管混漆 桁式混合结构第二类截面的受弯承载力宜按下列公式计算:
....- 钢管标准
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