本发明公开了一种基于修正分段模型的设计格构式钢骨混凝土柱的方法,属于土木工程的结构设计领域。本发明提供了一种基于修正分段模型的设计格构式钢骨混凝土柱的方法,使用此方法设计格构式钢骨混凝土柱时,仅需先通过公式计算得到格构式钢骨混凝土柱的轴向荷载点A(0,Nn)、柱拐点B(Mmax,Nmax)、弯矩点C(Mn,0),然后将计算得到的数值代入修正分段模型,再根据代入结果判断格构式钢骨混凝土柱的设计是否合理,最后根据判断结果调整或不调整格构式钢骨混凝土柱中缀板尺寸、钢筋直径、柱截面尺寸或混凝土等级等的尺寸,即可实现格构式钢骨混凝土柱的合理设计。

①根据公式Nn＝A1fc0+A2fcc+A3fc'c+ALfys+Alfyr计算得到格构式钢骨混凝土柱的轴向荷载点A(0,Nn)；

其中，A1、A2和A3分别为格构式钢骨混凝土柱的外层无约束混凝土截面面积、外层约束混凝土截面面积和核心混凝土截面面积；fc'c为格构式钢骨混凝土柱的核心混凝土抗压强度，fys为格构式钢骨混凝土柱的L型钢的屈服强度，fyr为格构式钢骨混凝土柱的纵筋的屈服强度；

根据公式和计算得到格构式钢骨混凝土的柱拐点B(Mmax,Nmax)；

其中，α和β均为格构式钢骨混凝土柱的混凝土强度的修正系数，根据参数化研究和回归分析，在计算时分别取值为0.70和0.85；wc1、wc2和wc3分别为格构式钢骨混凝土柱的外层无约束混凝土、外层约束混凝土和核心混凝土截面的塑性模量，计算公式分别为和ws为格构式钢骨混凝土柱的L型钢的塑性模量，计算公式为wsr为格构式钢骨混凝土柱的纵筋的塑性模量，计算公式为d为格构式钢骨混凝土柱的混凝土保护层(最外层纵筋外的混凝土层)厚度(混凝土保护层厚度为最外层纵筋中心至混凝土表面距离)；B为横截面宽度；t为型钢的厚度；ba为L形钢的角肢长度；bb为缀板宽度；Dl为纵筋直径；

格构式钢骨混凝土柱是建筑物的竖向受力构件。如图1～2所示，格构式钢骨混凝土柱包含混凝土1，位于混凝土内部的钢筋骨架2，以及位于钢筋骨架内部的钢骨架3，钢筋骨架2为由纵筋4、箍筋5和拉筋8围成的方形钢筋骨架，钢骨架3包含四块L型钢6，相邻两块L型钢6之间连接有若干缀板7，使得四块L型钢6可围成一个上下敞口的立方体，拉筋8位于上下相邻两块缀板7之间，且拉筋8的两端与箍筋5相连。

格构式钢骨混凝土柱横截面转角处的L型钢抗弯承载力明显大于常规钢骨混凝土柱横截面中心处的型钢抗弯承载力；格构式钢骨混凝土柱的四根L型角钢由缀板焊接连接形成一个整体结构，同时提供抗剪和侧向约束；格构式钢骨混凝土柱的混凝土外壳有效地抑制了钢材的腐蚀，提高了耐火性，并且，格构式钢骨混凝土柱的混凝土外壳也防止了的L型钢的局部屈曲；另外，格构式钢骨混凝土柱将纵筋、箍筋及拉筋组成的钢筋骨架嵌入外层混凝土，用于防止外层混凝土剥落，有效增强了钢与混凝土的协同变形能力。因此，格构式钢骨混凝土柱在建筑领域的应用越来越广泛，根据实际应用场景对格构式钢骨混凝土柱进行设计在建筑领域也越发重要。

对于混凝土柱而言，工作情况下，一般是受到偏心荷载作用。对于给定截面、配筋、材料强度的偏心受压构件达到极限承载能力时，截面承受的内力设计值N、M并不是独立的，而是相关的。轴力和弯矩对于构件的作用效应存在着叠加和制约的关系，也就是说给定轴力N时，有其唯一对应的弯矩M，或者说构件可以在不同的N-M组合下达到极限承载力。所以由根据柱截面、配筋、材料强度绘制的N-M曲线就可以快速的判断不同组合轴力N与对应的弯矩M，进而判断混凝土柱的设计是否合理。

现阶段，用于判断常规钢骨混凝土柱设计是否合理的N-M相关曲线已经有很多，例如，ACI 318-11、Eurocode 4和ANSI/AISC 360-10。但是，由于格构式钢骨混凝土柱的结构不同于简单的钢管混凝土，并且，ACI 318-11和Eurocode 4忽略了约束效应，低估了试件的最大荷载，ANSI/AISC 360-10中采用基于塑性应力分布的双线性相互作用关系的方法，基于塑性应力分布的双线性相互作用关系的方法会对实际行为过度简化，也明显低估了试验结果，故上述针对常规钢骨混凝土柱的规范规程中的N-M

江南大学是教育部直属、国家“211工程”重点建设高校和“双一流”建设高校。学校具有悠久的办学历史、厚重的文化积淀，源起1902年创建的三江师范学堂，历经国立中央大学、南京大学等发展时期；1958年南京工学院食品工业系整建制东迁无锡独立建校，成立无锡轻工业学院；1962年无锡纺织工学院并入无锡轻工业学院；1995年更名为无锡轻工大学；2001年无锡轻工大学、江南学院、无锡教育学院合并组建江南大学；2003年东华大学无锡校区并入江南大学。

本发明提供了一种基于修正分段模型的设计格构式钢骨混凝土柱的方法，使用此方法设计格构式钢骨混凝土柱时，仅需先通过公式计算得到格构式钢骨混凝土柱的轴向荷载点A(0,Nn)、柱拐点B(Mmax,Nmax)、弯矩点C(Mn,0)，然后将计算得到的轴向荷载点A(0,Nn)、柱拐点B(Mmax,Nmax)、弯矩点C(Mn,0)代入修正分段模型，再根据代入结果判断格构式钢骨混凝土柱的设计是否合理，最后根据判断结果调整或不调整格构式钢骨混凝土柱中缀板尺寸、钢筋直径、柱截面尺寸或混凝土等级等的尺寸，即可实现格构式钢骨混凝土柱的合理设计。

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