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1、橢圓鋼管結構設計
摘要：近年來，橢圓鋼管以造型優(yōu)美的特點在橋梁、建筑等領域逐漸被推廣應用。橢圓截面有強軸和弱軸之分，可通過調(diào)整截面尺寸提高橢圓管結構的抗彎曲性能。論文介紹了國外關于橢圓鋼管結構設計方面的研究現(xiàn)狀，分別從彈性局部屈曲、后屈曲性能與設計、截面強度計算、抗剪計算、管節(jié)點及管內(nèi)填混凝土等方面展開闡述，為橢圓鋼管結構設計及科研提供參考。
關鍵詞：管結構；橢圓；結構設計；鋼管
1引言
追溯到19世紀中葉，1850年英國不列顛大橋建成開啟了空鋼管結構的應用。土木工程最早采用矩形空管作為承重結構，隨后逐漸引入圓形和橢圓空管。1859年，跨越塔瑪河的
2、皇家阿爾伯特橋首次采用橢圓空管作為主要的拱肋，這是橢圓管在橋梁工程中的首次應用。隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，橢圓空管結構發(fā)展成為工業(yè)產(chǎn)品，并成為繼矩形、圓形鋼管的新的補充，逐漸應用于高層建筑、橋梁、地鐵站及機場等領域。目前，橢圓鋼管在國外應用相對較多，如2003年建成的華威大學的塞曼大樓、2006年建成的蘇格蘭社會橋、2006年建成的馬德里的機場候機樓等，其承重結構都采用造型優(yōu)美的橢圓鋼管[2]。由于缺乏橢圓鋼管方面的理論研究和設計指導，橢圓鋼管在中國應用非常少，為此，論文擬總結國外橢圓鋼管結構的理論研究和設計方法，為中國橢圓鋼管結構設計及科研提供參考。
2國外橢圓鋼管結構發(fā)展及設計
3、
2.1彈性屈曲和后屈曲
橢圓鋼管軸壓彈性屈曲和后屈曲的研究集中于在1950年～1960年間，早期的研究發(fā)現(xiàn)可以用圓形鋼管的屈曲應力來預測橢圓鋼管的彈性屈曲應力，其中，圓形鋼管曲率半徑取橢圓截面最大曲率半徑。橢圓截面的長寬比越大，后屈曲表現(xiàn)越穩(wěn)定。隨后橢圓鋼管的彈性屈曲和后屈曲計算方法越來越細化。
2.2熱軋橢圓空鋼管截面設計
現(xiàn)行橢圓空鋼管的產(chǎn)品化程度愈來愈高，截面的尺寸范圍從150mm×75mm到500mm×250mm，厚度從4mm～16mm。截面的長寬比均為2。確定的近似公式橢圓空心截面(EHS)的幾何特性在歐洲產(chǎn)品中得
4、到了提供。EN10210-2(2006)跟蹤最新的研究成果，給出了橢圓空鋼管截面設計方法。
2.3構件力學行為
對于軸壓構件的截面分類，主要關注屈服前是否發(fā)生局部屈曲。達到屈服應力的截面被認為完全有效的截面，被認為第1～3類(完全有效)，而當局部是屈曲發(fā)生時達到屈服載荷，需要考慮長細比對截面的折減?，F(xiàn)行研究已經(jīng)給出屈曲應力、寬厚比、長細比的設計計算公式[3]。對于沿弱軸的彎曲，局部屈曲發(fā)生在最大曲率半徑與截面受壓最不利位置，故建議參考軸壓構件屈曲設計。對于沿強軸的彎曲，局部屈曲一般不會發(fā)生在曲率半徑最大值。因此，提出臨界曲率半徑來表示。在受壓和彎曲組合作用下、受剪或彎剪
5、組合作用下，橢圓鋼管的截面分類、截面承載力已形成完善的設計方法。
2.4節(jié)點行為
目前已有大量文獻研究橢圓鋼管節(jié)點行為，其主要行為特征可以分為兩類：桁架結構中使用橢圓管-管焊接和橢圓板-管焊接。橢圓管-管節(jié)點的設計一般先等效為矩形管節(jié)點或圓形管節(jié)點，然后按照矩形或圓形管節(jié)點承載力進行計算[4]。對于橢圓板-管節(jié)點的計算已不能簡單等效為矩形或圓形節(jié)點進行計算[5]。
2.5管內(nèi)填混凝土
橢圓鋼管內(nèi)填混凝土后可以具有鋼管與混凝土的組合效應。一方面鋼管壁板的變形受到管內(nèi)混凝土的約束，從而抗屈曲性能增強；另一方面，管內(nèi)混凝土受到鋼管的套箍作用承壓，強度顯著提升。
3結語
橢圓鋼管結構的研究始于空鋼管結構，前期研究的重點集中鋼管的彈性屈曲和后屈曲行為，為橢圓鋼管截面的寬厚比限值、長細比計算及截面設計提供了重要基礎。隨后，對橢圓鋼管的軸壓、純彎、壓彎、抗剪及壓剪組合的研究全面展開，并形成了系統(tǒng)的橢圓鋼管設計方法。桁架結構中焊接橢圓節(jié)點和管內(nèi)混凝土是近期研究熱點。本文對國外橢圓鋼管結構設計進行技術綜述，希望開拓視野，擴大使用造型優(yōu)美的橢圓鋼管結構的應用。
橢圓鋼管結構設計
