钢管混凝土柱中长细比变化的“怪现象”

上一篇关于 长细比 的文章主要是为了后面要聊的内容开个头、铺个垫。欧拉公式引出这个参数，在实际工程中的使命也就基本完成了。

今天我们继续聊一个长细比的 “怪现象” ， 关于钢管混凝土柱的。

为什么已经满足长细比限值的空心钢管，一旦内部填充了混凝土，长细比反而会不满足呢？

“怪现象”是怎么发生的？

比较长细比的计算结果，其他条件都一样，那只要看 回转半径 就可以了。举个例子，一个空心钢管直径800mm，壁厚20mm。

 

为什么会这样

最大的原因就是将 钢和混凝土视为统一材料 的近似简化。我们按照实际情况来，将钢和混凝土的材性进行代换。

假定钢为Q355，混凝土强度为C50，代入上面的公式重新计算回转半径为 277mm 。与上面的270基本接近。

这个在《建筑结构设计疑难300问》4.2.15中也得到验证，方管管与方钢管混凝土柱之间的回转半径就基本相当。

工程应用中的思考

• ? 圆钢管混凝土柱由于考虑钢管与混凝土协同工作性能强，回转半径往往按单一材料计算；
• ? 方钢管混凝上柱由于壁板和混凝土的协同工作性能较差，回转半径考虑两种不同材料相互影响。

个人有些不一样的看法，不管是圆形钢管还是矩形管， 混凝土总是会出现裂缝的 。混凝土在承受轴压荷载时，裂缝并不会有什么多大的影响，肯定是很强的。但是在弯曲变形情况下，裂缝就会削弱混凝土的贡献。

 

如果钢管考虑了混凝土的作用，增大了构件的长细比，那我为什么还要考虑这个确定性没那么高的混凝土，减弱确定性非常高的纯钢管呢？

所以如果加了混凝土，长细比不能满足规范要求， 那我宁愿选择不考虑混凝土在长细比这个参数上的负作用。

在《钢管混凝土结构——理论与实践（第三版）》3.3.2中，有提到针对钢管混凝土和空钢管构件进行了试验研究对比，灌入混凝土后的钢管混凝土柱承载力提高了30%左右，相比空心钢管柱。

 

所以上面说的“怪现象”中，简化后的计算结果与试验事实是存在矛盾的，既然这样，设计中是不是可以不用刻板地去执行条文说明呢。

小结

“怪现象”，不弄清其中原委，总感觉束手束脚。上面这么一探究，设计中再进行应用，是不是会更加游刃有余一些。

是否要严格控制长细比，其实还要看轴压力的，是否超过型钢的承载能力，以及 轴压比 的具体数值。

另外从结构力学刚度分配的角度来说，钢管内填入混凝土，使柱的刚度增加，钢梁的刚度相对削弱，这样也会 影响到计算长度系数 ，可能带来长细比超限的情况，这要另当别论了。

你有遇到什么其他的“怪现象”吗？欢迎留言讨论。