钢管混凝土构件的一些基本计算理论

1. 基于试验回归的“统一理论”，该理论最先由哈尔滨工业大学的钟善桐教授提出，它的含义是“钢管混凝土构件的性能，随着物理参数、几何参数、应力状态及截面型式的改变而变化，变化是连续的、相关的和统一的。”该理论将钢和混凝土混合成一种“组合材料”，不再对二者进行区分，从而摒弃了内力分配或叠加的概念。采用该理论的规范有电力行业标准DL/T5085和福建省标准DBJ13-51-2003。

2. 折算理论，将混凝土折算成钢，然后按纯钢结构设计。该理论的核心是“在不改变钢管横截面面积的前提下，将填充混凝土作为对钢管壁的屈服强度和弹性模量的提高，以此来换算求的等效钢管的性质，并以等效钢管构件的承载力作为原型钢管混凝土构件的承载力。”典型的规范如AISC360、我国规范CECS159：2004、CECS28：90及欧洲规范。

3. 叠加理论：其实质是将钢管的承载力与混凝土的承载力迭加得到钢管混凝土构件的承载力。但该方法认为，如果轴压力小于混凝土的承载力，则全部由混凝土部分承担，否则，剩余部分由钢管承担，这种混凝土优先受力的模式可能并不符合实际。日本的钢管混凝土设计指南基本采用该原理。

下面介绍各规范的情况：

现有的国内和国际标准：

《钢管混凝土结构设计与施工规程》、《高层建筑钢-混凝土混合结构设计规程》、福建省《钢管混凝土结构技术规程》；美国钢结构学会AISC360-05、澳洲桥梁设计规范AS5100.6-2004、欧洲规范EN1994-1-1：2004、日本新都市房屋技术协会的钢管混凝土设计指南，其中AS5100.6-2004和EN1994-1-1：2004的设计方法和要求是一模一样的。

欧洲规范从力学原理出发，由截面反应计算出压-弯曲线四个代表受力状态的承载力，考虑混凝土因钢管约束效应而增加的混凝土受压强度和钢管壁因受双向应力而产生的等效屈服值折减系数，并规定若是长细比超过0.5或偏心率超过10%就不考虑约束效应。受压稳定性承载力可根据规范内公式计算，可是计算系数跟钢材牌号有关，中国大陆的建筑材料并不能完全对应计算公式要求。欧洲规范亦没有提供对于构件受拉时的计算方法。

日本的设计指南也是从力学原理出发，不同之处是该指南将混凝土和钢管受力分别考虑，混凝土约束效应值计算方法跟欧洲规范相似，钢管双向应力效应由MISES屈服条件控制，所以其等效单向受拉和受压的屈服值并不相同。轴-弯承载力曲线在有效长细比下并不会改变。

CECS28：90规程是以概率理论为基础发展出的计算公式，把钢管等效为混凝土材料，其基本承载力有套箍效应来决定，然后乘上偏心（即压弯）和长细比影响系数决定最终承载力。混凝土约束效应应和钢管双向应力效应没有直接体验在公式上，但经过数学方法可以被分解出来。压-弯承载力曲线呈双折线形，明显是经过工程简化而得出的。

CECS28：2008是在CECS28：90公式的基础上对钢管混凝土柱（考虑偏心影响）的轴向受压承载力增加0.9的修正系数，同时限制了管内混凝土在约束效应下的强度增幅，并另外提供了一个钢管混凝土柱受弯承载力的公式。

福建省规范把钢管等效为约束混凝土材料，然后按力学原理结合试验数据制定出构件啦、压、拉-弯、压-弯和双向受弯设计公式，并有构件的稳定性计算。混凝土约束效应和钢管双向应力效应可以经过数学方法被分解出来。