T/CCES7-2020 中空夹层钢管混凝土结构技术规程及条文说明.pdf

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T/CCES7-2020 中空夹层钢管混凝土结构技术规程及条文说明.pdf

4.1.1结合中空夹层钢管混凝土结构的受力要求和现行国家标

准《钢结构设计标准》GB50017的有关规定提出了对钢材的要 求。当采用耐候钢时,其质量要求应符合现行国家标准《耐候结 构钢》 GB/T 4171 的规定。

构钢》GB/T4171的规定。 4.1.2中空夹层钢管混凝土结构常用螺旋焊接管和直缝焊接管 从构件受力角度前者相对较优。当有可靠依据时,也可根据实际 需要采用无缝钢管。当螺旋焊接管的常用规格不能满足要求时, 可采用钢板卷制成的直缝焊接管,应采用对接坡口焊缝,不允许 采用钢板搭接的角焊缝。焊缝应达到二级质量检验标准,和母材 等强度。 当有可靠依据时,中空夹层钢管混凝土的内外钢管也可采用 不锈钢,或外管采用不锈钢、内管采用碳素钢,其不锈钢管材选 用应参照现行行业标准《建筑用不锈钢焊接管材》JG/T539的 有关规定。 4.1.3当有可靠依据时,中空夹层钢管混凝土结构中也可采用

4.1.2中空夹层钢管混凝土结构常用螺旋焊接管和直缝焊接管

4.1.3当有可靠依据时2020中国新能源发电分析报告(国网能源研究院2020年7月).pdf,中空夹层钢管混凝土结构中也可采用 高强钢材。

4.2.1由于内、外钢管形成封闭环境,夹层混凝土多余水分不 能排出,因而水胶比不宜过大。水胶比要求参考现行行业标准 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55。采用的混凝土种类主要 决定于所采用的浇筑工艺。宜采用微膨胀混凝土,严格控制氯离 子含量,严防锈蚀,严防混凝土碱骨料反应,并经现场同条件试 验合格后使用。

4.2.3材料选择时随着钢材强度的提高,夹层混凝土强度等级 也宜相应提高。对于目前建筑工程中常用的钢材,采用C40以上 强度等级的混凝土和其搭配比较合理,且名义约束效应系数不宜 大于4.0,也不宜小于0.3。内、外管强度应尽可能一致。 4.2.4根据试验研究成果,通过修正美国ACICommittee209 (1992)研究报告《Predictionofcreep,shrinkageandtemperature effectsinconcretestructures》提供的普通混凝土收缩计算模型, 考虑钢管对混凝土收缩的制约影响后提出了夹层混凝土收缩值的 计算方法。 4.2.5通过对搜集和整理的172个圆钢管混凝土、35个方钢管 混凝土界面的粘结强度进行的统计分析(参数范围:fcu= 20N/mm²~60N/mm²,D(B)≤600mm,D/t(B/t)≤60)表明, 钢管及其核心混凝土的界面粘结强度与钢管直径或边长及钢管直 径或边长与厚度的比值相关,粘结强度可表示为二者倒数的乘积 t/D²(t/B²)的函数。式(1)和式(2)分别给出圆形和方形钢 管混凝土构件界面粘结强度计算公式。

4.2.5通过对搜集和整理的172个圆钢管混凝土、35个方钢管 混凝土界面的粘结强度进行的统计分析(参数范围:fcu= 20N/mm²~60N/mm²,D(B)≤600mm,D/t(B/t)≤60)表明 钢管及其核心混凝土的界面粘结强度与钢管直径或边长及钢管直 径或边长与厚度的比值相关,粘结强度可表示为二者倒数的乘积 t/D?(t/B²)的函数。式(1)和式(2)分别给出圆形和方形钢 管混凝土构件界面粘结强度计算公式。

fi =0.071+4900 D2 fi=0. 043+1100 R2

根据对试验结果的分析,建议了粘结强度的下限值,即对于 圆钢管混凝土,fs=0.225N/mm²;对于方钢管混凝土,fs= 0.15N/mm²。日本设计指南AIJ(2008)《钢管混凝土结构的设 计和建造指针》中给出了类似的取法。中空夹层钢管混凝土界面 强度的取值参照钢管混凝土确定,对于圆钢管与夹层混凝土 f=0.225N/mm²;对于方钢管与夹层混凝土,fi=0.15N/mm²

4.3.1用于中空夹层钢管混凝土结构的焊接材料应符合下多 要求:

用于中空夹层钢管混凝土结构的焊接材料应符合下列

5.1.2中空夹层钢管混凝土构件的内、外钢管一般均由钢结构 加工厂统一加工并同心安装后,共同承受施工期间的荷载。根据 施工阶段的荷载计算空钢管柱的应力,这种初始应力对中空夹层 钢管混凝土柱的最终截面抗压承载力影响不大。但由于初应力的 存在会使组合性能的弹塑性阶段提前,改变弹塑性阶段的组合切 线模量,从而影响构件的稳定承载力。空钢管临界应力为f,9 为空钢管构件稳定系数,f为钢材强度设计值。 5.1.3参考钢管混凝土已有的工程经验和有关设计规定,暂按 现行国家标准《钢结构设计标准》GB50017对钢构件的有关规 定确定中空夹层钢管混凝土构件的容许长细比

5.1.3参考钢管混凝土已有的工程经验和有关设计规定,暂

5.1.3参考钢管混凝土已有的工程经验和有关设计规定

5.2轴心受力构件承载力计算

5.3受弯、压弯和拉弯构件承载力计算

5.3.1对于单向受弯构件考虑截面的塑性发展。圆套圆中空夹 层钢管混凝土锥形受弯构件的等效原则为“等效直柱构件”和 锥形构件的最小截面相同。 圆套圆中空夹层钢管混凝土锥形构件的抗弯承载力计算截面 为构件的最小截面。

5.6长期荷载作用下的构件承载力计算

5.6.2在长期荷载作用下,由于夹层混凝土会发生徐变和收缩 变形,导致内、外钢管及其夹层混凝土应力的改变,二者的模量 发生变化,因而使构件的临界应力下降。因此,对于中空夹层钢 管混凝土构件要对其进行长期荷载作用下的承载力计算。 福州大学在大量研究工作的基础上,发现长期荷载作用下构 件的承载力下降程度与长期荷载比、约束效应系数、构件长细 比、荷载偏心率和截面空心率有关,因此基于理论分析和试验研 究结果,提出了长期荷载作用影响系数k。计算公式如下:

kc按下列公式确定: 对于圆套圆中空夹层钢管混凝土:

k.. =f(X) k)

对于方套圆中空夹层钢管混凝土:

5.7局部受压承载力计算

A, = dw Ap =(2di+dw1)(2di+dw) β.=[Ao(dw/B)+Bo](CX+Do

5.7.3清华大学进行了轴向局部受压带端板圆套圆中空夹层钢 管混凝士锥形构件承载力的试验研究,结果表明,试件的承载力 受局压面积比、端板相对刚度半径及截面空心率的影响较大。基 于经试验结果验证的有限元模型,在相对刚度半径为0.137~ 0.526,混凝土强度等级为C30~C110,内、外钢管屈服强度为 235N/mm²~500N/mm²,外钢管名义含钢率为2.6%~15%,局压 面积比为4~24、截面空心率为0.2~0.805以及锥角为 0°~1.14°

5.10.2节点焊缝构造要求参照现行国家标准《钢结构焊接规 范》GB50661执行。中空夹层钢管混凝土结构是一种新型的结构 形式,其连接或节点的疲劳计算目前研究甚少。但是,与中空夹 层钢管混凝土结构相关的空钢管结构疲劳强度问题,国内外已有 充分的研究,建立了相应的疲劳计算方法,包括基于名义应力幅 的构造分类法和基于热点应力幅的方法,这两种方法可参见国际 焊接协会《Fatiguedesignproceduresfor weldedhollow.section joints》(IW2000)或国际管结构发展与研究协会《Designguide for circular and rectangular hollow section welded joints under fatigue loading》(CIDECT,2001)。 近年来,与中空夹层钢管混凝土结构相近的钢管混凝土结构 疲劳强度问题,已在我国开展了不少的研究。同济大学进行了钢 管混凝土直接焊接节点(主管为钢管混凝土,支管为空钢管) 疲劳性能的试验研究和有限元数值分析,包括T型、K型的圆钢 管混凝土节点和方钢管混凝土节点。研究表明在钢管相同儿何和 材料参数、相同构造的情况下,钢管混凝土节点的热点应力集中 系数远远小于空钢管节点:混凝土强度等级对节点的热点应力集 中系数影响不大。这一特性源于主管内填充混凝土不仅提高了空 钢管的节点刚度,更重要的使节点刚度分布均匀,使节点应力分 布变得均匀,从而显著地降低了应力集中系数。 从结构形式上看,中空夹层钢管混凝士结构介于钢管混凝士 结构与空钢管结构之间,中空夹层钢管混凝土的空心率介于0与 1之间,当空心率等于0时即为钢管混凝土结构,当空心率等于 1时即为空钢管结构。近期同济天学的比较研究表明,一般来 说,中空夹层钢管混凝土直接焊接节点的热点应力集中系数介于 空钢管直接焊接节点与钢管混凝士直接焊接节点之间,即低于空

6.1.1本条规定了中空夹层钢管混凝土结构中节点和连接构造 的基本要求。

6.2.1斜腹杆格构式柱的换算长细比是通过假设腹杆倾角为 40°~60°,并按格构柱抗弯刚度折减值计算而得,所以实际构件 的腹杆角度亦应限定在该范围内。平腹杆格构式柱的构造方式是 为了通过构造措施保证腹杆有一定的线刚度,确保格构式柱的抗 弯刚度不至过低。

6.2.3梁柱刚性节点采用加强环形式安全可靠,也便于混凝

浇筑施工。钢管混凝土结构的工程实践证明,加强环能与钢管柱 很好地共同工作,能可靠地将梁的内力传给外钢管进而传递给柱 肢。另外,由于加强环能够使管壁受力均匀、防止产生应力集 中,所以节点受力性能得到改善、节点和构件在水平方向的刚度 得以增强。中空夹层钢管混凝土柱与钢梁的外环板构造节点也有 类似的受力特点。当加强环为内加强环板时,应设置混凝土浇筑 孔,且应在四角设置排气孔。排气孔应能使混凝土气体得到充分 排放,这与混凝土的级配等因素有关。设计人员应根据实际情 况,在避免应力集中和保证强度要求的前提下确定浇筑孔及排气 孔的大小。 横梁为工字形焊接钢梁时,梁端上下翼缘板在接近管柱时逐 渐加宽,并在管柱连接处将柱围住,形成加强环。梁端的弯矩和 轴力由上、下加强环承担,梁的腹板剪力通过焊缝传给柱肢。为

便于现场装配连接,可将梁端连同加强环板与管柱段一起加工焊好,形成小段钢梁。现场施工时,二者只要做等强焊接即可。为便于施工,腹板也可采用高强度螺栓连接,并根据该处梁的剪力计算螺栓强度。6.2.4单边高强度螺栓连接节点形式示意如图14所示。对于该类节点构造,若在工厂预制构件,若在灌注夹层混凝土之后安装单边螺栓,可在灌注夹层混凝土前在螺栓孔对应位置预埋PVC管。若在灌注夹层混凝土之前安装单边螺栓时,要采取必要措施保证定位准确。(a) T型连接(b)外伸端板连接图14单边高强度螺栓连接节点示意图(一)106

7.2抗火计算和排气孔设置

7.2.1火灾下中空夹层钢管混凝土柱的承载力影响系数kT,是 指火灾下无防火保护的中空夹层钢管混凝土柱的抗压承载力与其 常温下抗压承载力的比值。当火灾荷载比(R)小于k时,无 防火保护的中空夹层钢管混凝土柱在火灾下不会发生破坏;当R 天于时,火灾下中空夹层钢管混凝土柱所能提供的抗力已不 足以抵抗外荷载作用,需进行防火保护。为了提高安全性,本条 对不采取防火保护措施的适用条件提出了更为严格的要求,火灾 荷载比(R)应小于0.75kT。 kv按下列公式确定:

7.2.1火灾下中空夹层钢管混凝士柱的承载力影响系数kT,是

对于圆套圆中空夹层钢管混凝土:

kT=(Ato+Bto+1)kTo

to ≤ti kTo = 1 bto+c tit2

(16) (17) (18) (19)

对于方套圆中空夹层钢管混凝土:

(22) (23) (24) (25) (26)

to = 0. 6t Co = C/1256 C=TD 入o=入/40

(29) (30) (31) 32) (33)

to = 0. 6t

(36) (37) (38)

Co = C/1600 C= 4B ^=^/40

t为耐火极限(单位:h),入为构件长细比。 A和B是与中空夹层钢管混凝土构件截面空心率相关的系 数,按下列公式计算: 对于圆套圆中空夹层钢管混凝土:

对于方套圆中空夹层钢管混凝土:

3膨胀型防火涂层应和与之兼容的底漆、中漆和面漆配套 使用; 4膨胀型防火涂层施工质量应满足现行国家标准《钢结构 工程施工质量验收规范》GB50205的要求; 5施工过程和后续使用过程中如造成损伤,应按原设计要 求及时修复。 7.2.4火灾下中空夹层钢管混凝土柱内的混凝土会产生一定的 水蒸气。为保证火灾发生时夹层混凝土中水蒸气的排放,使得钢 管和混凝土之间保持良好的共同工作性能,保障结构安全,应在 外钢管上设置排气孔。

8制作、安装和施工要求

3.1.1中空夹层钢管混凝土构件的内、外钢管的形心位置相对 扁差3为构件横截面上内、外钢管形心位置间的距离。 8.1.2中空夹层钢管混凝土常用作承重构件,应根据工程特点、 施工图设计文件和施工详图等,并结合制作厂的条件编制制作工 艺。制作工艺应包括:制作所依据的标准,制作厂的质量保证体 系,成品的质量保证体系和为保证成品达到规定的要求而制定的 措施。工艺中还应包括:生产场地的布置,采用的加工、焊接设 备和工艺装备及检测设备,焊工和检验人员资质证明,各类检查 项目表格,生产进度计划表及运输计划表等。同时,对构造复杂 的构件进行工艺试验。主要考虑到复杂构件的加工工艺参数必须 从工艺试验中取得,如加工、装配、焊接的变形控制、尺寸精度 的控制等。通过试验,获得合理的工艺参数,保证构件制作 质量。 当有可靠的技术依据时,中空夹层钢管混凝土也可采用预制 件

8.1.4为了保证正常施工和结构安全,浇筑钢管内的混凝土宜

DB11/T 1274-2015标准下载在钢构件安装并验收合格后进行。这是因为混凝土浇筑后钢管 构安装偏差的调整相对困难。

8.2.1对于中空夹层钢管混凝土杆塔,其内外钢管均应采用除 锈后涂以油漆或热浸镀锌等金属镀层防腐措施,或采用其他等效 的防腐措施。

范》GB50628的相关内容制订。

8.3.1中空夹层钢管混凝土中的夹层混凝土施工具有“隐蔽 性”,因此施工过程控制无为重要,混凝土施工前应有切实可行 的施工组织计划,应有突然遇雨、突然停电等异常情况的应急措 施;浇筑混凝土过程中应符合泵送顶升法、人工辅助浇揭法、导 管浇筑法及高位抛落法等方法实施过程的规定,从而实现以“过 程控制”达到控制混凝土施工质量的自的。同时,应采取必要措 施保证内、外钢管定位准确。 8.3.2浇筑夹层混凝土之前清理钢管内的杂物、积水对保证钢 管和夹层混凝土之间的共同工作非常重要。 8.3.3泵送顶升法、人工辅助浇捣法、导管浇筑法及高位抛落 法等混凝土浇筑方法是目前国内钢管混凝土工程施工中较为成熟 的方法。随着施工技术的发展,在工程实践中中空夹层钢管混凝 土施工的工艺将会有所不同,但无论采用哪种工艺,都不仅要保 证混凝土强度,还要保证混凝土的密实度。 :在进行夹层混凝土浇筑前,需准确计算钢管中需要填充的混 凝土体积。现场浇筑时要严格计算运到现场的混凝土体积,以及 实际灌人的夹层混凝土体积。具体工作要有专人负责。 1泵送顶升法 利用泵送的压力将混凝土由底到顶注入内、外钢管夹层,由 混凝土自重及泵送压力使混凝土达到密实的效果。 采用该方法时,在外钢管柱适当的位置安装一个带有防回流 装置的进料支管,直接与泵车的输送管相连,将混凝土连续不断 地自下而上灌入内、外钢管夹层内。外钢管的尺寸宜大于或等于 进料支管的两倍,外钢管顶部应设溢流或排气孔。对泵送顶升浇 筑的柱下部人口处的管壁应进行强度计算。 泵送混凝土前应用清水冲洗钢管内壁。当浇筑完成后,应稳 压2min~3mim后再关闭截止阀、拆除泵管

2人工辅助浇捣法 将混凝土由顶到底注入内、外钢管夹层,并使用振捣器械对 混凝土实施振捣,使混凝土达到密实的效果。人工辅助浇法应 逐段进行,每浇筑一定量的混凝土后,需要用内部或外部振器 进行振捣。每段浇筑的高度不应大于振捣器的有效工作范围或 2m~3m。当外钢管外直径大于350mm时,可采用内部振捣器进 行振捣,每次振捣时间不少于30s。当外钢管外直径小于350mm 时,可采用附着在外钢管外部的振器进行振,外部振捣的位 置应随混凝土浇筑进展加以调整。 3导管浇筑法 通过导管将混凝土输送入内、外钢管夹层,并保证在施工过 程中导管端部理人混凝土一定深度,边提管边完成混凝土浇筑。 依靠混凝土自重不间断填充,使混凝土达到密实的效果。 采用该方法时,浇筑前导管下口离底部的垂直距离不宜小于 300mm,当空钢管安装就位固定后、混凝土浇筑前,一般先浇筑 层100mm~150mm厚的与混凝土同强度等级的水泥砂浆。浇筑 过程中导管下口宜置于混凝土中约1m。导管与柱内水平隔板浇 筑孔的侧隙不宜小于50mm。当采用泵送方式进行混凝土输入时, 不宜同时进行振揭。·夹层内混凝土应莲续灌注。导管提升速度应 与夹层内混凝土上升速度相适应,避免出现混凝土脱空或理管难 以拨出的现象。导管提升时,应确保导管出口预埋在约1m深的 流态混凝土中。当导管内的混凝土不畅通时,可将导管上下提 动,但上下提动的范围应在300mm左右。 4高位抛落法 通过一定的抛落高度将混凝土填入内、外钢管夹层,充分利 用混凝土坠落时的动能使混凝土达到密实的效果。适用于外钢管 外直径或外边长大于350mm,抛落高度不小于4m的情况。 对于抛落高度天于4m的区段,一般无须再利用机械振揭振 买。对于抛落高度小于4m的区段,应用内部振揭器振实。一次

抛落的混凝土量宜在0.7m左右,用料斗装填。料斗的下口尺寸 一般应比内、外钢管的净间距小150mm左右,以便于管内空气 的排出。同时,混凝土浇灌时应保证混凝土无泌水和离析现象 发生。

附录 A中空夹层钢管混凝土构件的恢复力模型

DBJ51/T 120-2019 四川省城市桥梁预制拼装桥墩生产、施工与质量验收技术标准附录B中空夹层钢管混凝土构件的

B.2.2如图B.2.2所示,当应变小于等于屈服应变8时,按弹 性刚度E。加卸载;如果钢材在进入强化段ab前卸载,则不考虑 包辛格(Bauschinger)效应;反之,如果钢材在强化段ab卸载, 则需考虑包辛格(Bauschinger)效应。d点和d'点分别位于与ab 和a'6线平行的直线上。当软化段与骨架线相交时,继续按骨架 线加载。

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