在歐美、日本、加拿大和澳大利亞等國，方鋼管混凝土柱和圓鋼管混凝土柱在工程中有著同樣廣泛的應(yīng)用;在我國，圓鋼管混凝土柱用得較多而方鋼管混凝土柱較少，主要原因之一是以往缺乏專門的方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)規(guī)程。隨著組合結(jié)構(gòu)在我國的不斷發(fā)展，方鋼管混凝土柱以其節(jié)點(diǎn)構(gòu)造簡單、抗彎性能好、空間布置方便等優(yōu)點(diǎn)，正日益受到工程界的重視，杭州瑞豐國際商務(wù)大廈、武漢證券大廈、臺州廣電中心等高層建筑中均采用方鋼管混凝土柱。如今，相應(yīng)的《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS59:2004)[1]也于2004年頒布，方鋼管混凝土在我國有著很好的工程應(yīng)用前景。
　　1鋼骨混凝土柱的發(fā)展與應(yīng)用
　　日本是世界上應(yīng)用SRC結(jié)構(gòu)最多的國家。1910-1920年間SRC結(jié)構(gòu)在日本形成，其間采用實(shí)腹式鋼骨。關(guān)東大地震后，為了節(jié)省鋼材，開始使用以角鋼鉚接組合而成的空腹鋼骨，這種形式在40年代末期得到普及。在60年代，隨著H型鋼的生產(chǎn)，開始使用H型鋼作為鋼骨，節(jié)點(diǎn)也采用了焊接構(gòu)造。由于日本是一個多震的國家，SRC柱良好的抗震防火性能使之得到廣泛應(yīng)用。日本在1950年公布的建筑基本法，作為建筑行政指導(dǎo)方針，要求六層建筑以上采用SRC結(jié)構(gòu)，1953改為七層，1970年改為八層。1978-1980年建造的1015層高層建筑中，SRC占總數(shù)的90%16層以上的高層建筑中，SRC占50%。即使在鋼結(jié)構(gòu)的高層建筑中，其底部15層也多數(shù)采用SRC結(jié)構(gòu)。
　　SRC柱在日本的基礎(chǔ)性研究開始于1920年，但是有系統(tǒng)的研究是從1950年開始的。I951-1956年，東京大學(xué)開展了大量的空腹SRC構(gòu)件的試驗(yàn)研究。以這些研究為基礎(chǔ)，日本建筑學(xué)會(AIJ)SRC分會于1958年制定了以累加強(qiáng)度為基本體系的SRC結(jié)構(gòu)規(guī)范，并于1963年做了第一次修正。1968年發(fā)生的十勝沖大地震，使人們認(rèn)識到結(jié)構(gòu)物變形能力和耗能性能在抗震中的意義，因此對SRC結(jié)構(gòu)的大規(guī)模研究再度興起，重點(diǎn)是最大強(qiáng)度后的延性和滯回性能。以這些試驗(yàn)為基礎(chǔ)，1975年以確保構(gòu)件延性為目的對SRC規(guī)范進(jìn)行了第二次修正。修訂后的規(guī)范要求停止使用缺乏延性的格子型鋼骨的SRC構(gòu)件，建議使用桁架形式和實(shí)腹式鋼骨。1981年日本制定了新的抗震設(shè)計(jì)法，要求在大地震作用下對中高層建筑物各層的極限強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，為此，AIJ于1987年對SRC結(jié)構(gòu)進(jìn)行了第三次修訂。修訂后的SRC規(guī)范由允許應(yīng)力設(shè)計(jì)法和極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法兩部分組成，并將鋼管混凝土吸收到SRC規(guī)范中。
　　在歐美，SRC結(jié)構(gòu)的應(yīng)用雖不及日本那樣廣泛，但是其應(yīng)用從20世紀(jì)初期即開始了。當(dāng)時在型鋼外包裹混凝土主要出于鋼結(jié)構(gòu)的防火和耐久性方面的考慮，并沒有考慮混凝土對構(gòu)件承載能力的提高，構(gòu)件仍按鋼結(jié)構(gòu)來計(jì)算。隨著工程應(yīng)用的實(shí)踐及科學(xué)研究的深入進(jìn)行，人們開始發(fā)現(xiàn)鋼骨混凝土還具有更多、更主要的優(yōu)點(diǎn)。1908年，Burr在美國紐約對外包混凝土的鋼柱進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)混凝土的存在使柱子的承載力提高了。1920年，加拿大學(xué)者M(jìn)ackay開始研究在混凝土內(nèi)埋置鋼柱和型鋼的結(jié)構(gòu)，他認(rèn)為混凝土與型鋼具有協(xié)同作用。同期歐洲進(jìn)行試驗(yàn)的有Saliger(1932)和Emperger(1932)試驗(yàn)都限于長細(xì)比小的軸心受壓短柱，獲得的承載力是鋼截面的承載力加上混凝土有效截面的承載力之和。
　　Basu和Sommerville根據(jù)進(jìn)一步的試驗(yàn)和大量計(jì)算分析，提出了換算長細(xì)比的概念，以Perry-Robertson屈曲曲線為基礎(chǔ)，給出了軸心受壓SRC柱的屈曲曲線。Virdi和Dowling引入相對長細(xì)比概念對Basu-Sommerville的方法提出了改進(jìn)，明確了SRC柱與純鋼柱設(shè)計(jì)方法的內(nèi)在關(guān)系。該方法被英國的BS5400和歐洲統(tǒng)一規(guī)范EC4采用，SRC柱軸壓.承載力從的計(jì)算公式為：
　　
　　式中，—穩(wěn)定系數(shù)；
　　—軸心受壓短柱承載力；
　　采用簡單累加的方法確定，即
　　
　　—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度和截面面積；
　　，—鋼筋屈服強(qiáng)度和截面面積；
　　，—鋼骨的屈服強(qiáng)度和截面面積。
　　SRC柱相對長細(xì)比計(jì)算表達(dá)式為：
　　
　　式中：—柱子的計(jì)算長度；
　　、、和、、—混凝土、鋼筋、鋼骨的彈性模量和截面慣性矩。
　　通過求解相對長細(xì)比，即可按鋼結(jié)構(gòu)中對不同截面形式鋼柱所規(guī)定的屈曲曲線來確定穩(wěn)定系數(shù)。日本規(guī)范和我國的規(guī)程亦采用簡單累加的方法計(jì)算軸心受壓鋼骨混凝土短柱的承載力，但均未單獨(dú)給出穩(wěn)定系數(shù)的計(jì)算公式，而是在SRC柱的壓彎承載力計(jì)算中考慮長細(xì)比對柱承載力的影響。
　　在美國，SRC柱設(shè)計(jì)公式最初出現(xiàn)在1963年的ACI318-63中，該公式考慮了混凝土對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。1967年ACI318-71采用了極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法，相應(yīng)的SRC也采用了極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。英國最初對鋼骨混凝土柱的設(shè)計(jì)不考慮外包混凝土的作用，到了1948年才在BS449規(guī)范中允許考慮外包混凝土對截面剛度的增大作用。到了20世紀(jì)50年代，F(xiàn)aber和Stevens進(jìn)行了外包混凝土柱的試驗(yàn)，研究了外包混凝土對承載力的影響，
　　研究成果被納入BS449-1959年版。在歐美各國，由于風(fēng)荷載和地震荷載產(chǎn)生的設(shè)計(jì)水平力較小，一般情況下柱子較為細(xì)長，因此對柱子穩(wěn)定性研究較多，這與日本的情況截然相反。1969年Basu和Somervill發(fā)表了以伯理一羅伯特遜的屈曲曲線為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法，這種方法成為現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)。Virdi和Dowilling[2]借助設(shè)計(jì)曲線和大量SRC柱的理論分析以及一百多根柱的破壞試驗(yàn)，證實(shí)了通過引入新的長細(xì)比定義的方法，利用純鋼柱的歐洲曲線來計(jì)算SRC柱的軸向破壞荷載是可行的。這種方法不僅提高了設(shè)計(jì)精度而且還證實(shí)了SRC柱與鋼柱的內(nèi)在聯(lián)系。該方法被英國的BS5400和歐洲統(tǒng)一規(guī)范EC4采用[3]
　　2鋼管混凝土柱的發(fā)展與應(yīng)用
　　鋼管混凝土的出現(xiàn)可以追溯到19世紀(jì)80年代。1879年，英國Seven鐵路橋的建造中采用了鋼管橋墩，并在管中澆灌了混凝土以防止鋼管內(nèi)壁銹蝕并承受壓力[4]1897年，美國人JohnLally在圓鋼管中填充混凝土作為房屋建筑的承重柱(稱為Lally柱)并獲得專利。鋼管混凝土優(yōu)越的力學(xué)性能和施工性能，一開始就受到美歐各國土木工程界的重視，競相開發(fā)利用。其間，開展了大量的試驗(yàn)研究工作，曾在一些廠房建筑、個別的多層建筑和立交橋以及特種結(jié)構(gòu)工程中加以應(yīng)用。
　　前蘇聯(lián)在五、六十年代對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究，并在一些土建工程，如工業(yè)廠房和拱橋結(jié)構(gòu)中進(jìn)行了應(yīng)用。日本在這方面的研究主要是從20世紀(jì)60年代開始，并首先在地鐵站臺柱以及輸電跨越塔等工程中應(yīng)用。20世紀(jì)60年代，英國Neogi等人[5]研究了鋼管內(nèi)的混凝土三向受力時強(qiáng)度的提高問題，并提出了考慮鋼管對混凝土約束效應(yīng)條件下的鋼管混凝土承載力的計(jì)算方法，這是鋼管混凝土理論研究的一大突破。同一時期，在美國Furlong[6,7],Knowles和Park[8,9]等人亦通過大量試驗(yàn)研究了鋼管混凝土柱的受力性能，取得了很多成果。

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