[笔记][结构][设计] 钢管与钢管混凝土截面的刚度差多少?(What is the difference in stiffness between steel tube and concrete-filled steel tube section)

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钢管填充混凝土能提高截面的刚度,这个是大家都知道的,也是实际项目中遇到刚度不够时候常常采用的招,那到底从钢管截面变为钢管混凝土截面,刚度能提高多少?似乎平时都没有具体算过。以下就搞个简单截面,定量算算。(What is the difference in stiffness between steel tube and concrete-filled steel tube section?)

  • 钢管截面 Steel tube section

  • 钢管混凝土截面 Concrete-filled steel tube section

  • 混凝土截面 Concrete Section

  • CFT截面的刚度增大了多少?

等效截面的刚度计算公式:

EI = EcIc + EaIa (弯曲)

EA =EcAc + EaAa (轴向)

已知参数:

Ec = 34500

Ic = 373121

Ac= 2116

Ea = 206000

Ia= 147712

Aa = 384

若以钢材为基材料,则CFT截面的等效惯性矩I及等效面积A分别为

I = (EcIc + EaIa)/ Ea

= (34500x 373121 +206000×147712)/206000

= 210200.7112

A = (EcAc + EaAa)/ Ea

= (34500x 2116 +206000×384)/206000

= 738.37

上述参数与ETABS给出的参数一致,也表示ETABS的计算没错,

由此进一步可得:

可得:I/Ia = 1.42A/Aa = 1.92

从这个测试可见,对于算例的这个B500X20的钢管截面,从钢管截面变为CFT截面,尽管从材料上来看,似乎填充了许多混凝土(2116/384 = 5.5),但是由于混凝土的弹模远小于钢的弹模,CFT截面的刚度并没有显著增大,其中惯性矩仅增大了1.42倍,等效面积仅增大了1.92倍,即抗弯刚度及轴向刚度分别仅增大了1.42倍及1.92倍,增大倍数远小于5.5 。


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