引論：我們?yōu)槟砹?3篇鋼管混凝土結(jié)構(gòu)范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫(xiě)作時(shí)的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。
篇1
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快, 高層建筑尤其是一些超高層建筑日趨增多。鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)之一的鋼管混凝土，因其承載力高、剛度大且抗震性能好、節(jié)約鋼材和施工簡(jiǎn)捷等突出優(yōu)點(diǎn)，在高層和超高層、公共及大型橋梁等建筑得到了日益廣泛的應(yīng)用。
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)
鋼管混凝土在高層建筑工程中，主要是作為受壓管柱的建筑構(gòu)件使用，與鋼梁和梁柱節(jié)點(diǎn)等共同構(gòu)成建筑物的框架結(jié)構(gòu)體系。 鋼管砼柱因其結(jié)構(gòu)特征，同時(shí)具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)和理論分析證明，鋼管混凝土在軸向壓力作用下，鋼管的軸向和徑向受壓而環(huán)向受拉，混凝土則三向皆受壓，鋼管和混凝土皆處于三向應(yīng)力狀態(tài)。三向受壓的混凝土抗壓強(qiáng)度大大提高，同時(shí)塑性增大，其物理性能上發(fā)生了質(zhì)的變化，由原來(lái)的脆性材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧稀Ｕ沁@種結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)的根本變化，決定了鋼管砼的基本性能和特點(diǎn)，并作為新型的第五種建筑組合結(jié)構(gòu)顯示出巨大的生命力和發(fā)展前景。鋼管砼的特征與優(yōu)勢(shì)如下：
1、鋼管砼柱的抗壓和抗剪承載力高，相當(dāng)于鋼管和混凝土二者之和的2倍以上，受力合理,能充分發(fā)揮混凝土與鋼材的特長(zhǎng),從而使構(gòu)件的承載能力大大提高。從另一方面而言,對(duì)于同樣的負(fù)荷,鋼管混凝土構(gòu)件的斷面將比鋼筋混凝土構(gòu)件顯著減小。對(duì)混凝土來(lái)說(shuō),由于鋼管約束,改變了受力性能,變單向受壓為三向受壓,使混凝土抗壓強(qiáng)度提高了幾倍。對(duì)鋼管來(lái)說(shuō),薄壁鋼構(gòu)件對(duì)于局部缺陷特別敏感。薄壁鋼管也不例外,局部缺陷特別是不對(duì)稱(chēng)缺陷的存在,將使實(shí)際的穩(wěn)定承載力比理論值小得多。由于混凝土充填了鋼管,保證了薄壁鋼管的局部穩(wěn)定,使其弱點(diǎn)得到了彌補(bǔ)。2、柱子截面減小，自重減小，相當(dāng)于設(shè)防烈度下降一級(jí)，具有良好的抗震性能。由于結(jié)構(gòu)自重大大減輕,這對(duì)減小地震作用大為有利。結(jié)構(gòu)具有良好的延性,這在抗震設(shè)計(jì)中是極為重要的。而對(duì)于一般鋼筋混凝土柱,尤其是軸壓和小偏心受壓柱是難以克服的缺點(diǎn)。
3、鋼管壁薄便于選材、制造與現(xiàn)場(chǎng)焊接，是施工最為快捷的建筑結(jié)構(gòu)，施工簡(jiǎn)單,縮短工期。鋼管本身就是模板,因此比鋼筋混凝土構(gòu)件省去了模板。鋼管本身既是縱筋又是箍筋,這樣便省去了模板的制作安裝工作。鋼管的制作比鋼筋骨架的制作安裝也簡(jiǎn)單,并且鋼管本身在施工階段即可作為承重骨架,可以節(jié)省腳手架。這些方面對(duì)施工都大為有利,不僅節(jié)省了大量施工中的材料,減少了施工工作量,而且大大減少了現(xiàn)場(chǎng)露天工作,改善了工作條件,同時(shí)也加快了施工、縮短工期。 4、鋼管砼柱內(nèi)的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性?xún)?yōu)于鋼柱，從而比鋼柱可節(jié)省耐火涂料50%以上。此外具有良好的塑性性能。混凝土是脆性材料,混凝土的破壞具有明顯的脆性性質(zhì),即使是鋼筋混凝土受壓構(gòu)件,尤其是軸心受壓及小偏心受壓構(gòu)件的破壞,也是脆性破壞。而且在實(shí)際工程中軸心受壓、小偏心受壓的情況往往實(shí)際上是不可避免的,甚至是大量的。而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中,由于核心混凝土是處于三向約束狀態(tài),約束混凝土與普通混凝土不同,不僅改善了使用階段的彈性性質(zhì),而且在破壞時(shí)產(chǎn)生很大的塑性變形,鋼管混凝土柱的破壞,完全沒(méi)有脆性特征,屬于塑性破壞。
5、鋼管混凝土獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效果。鋼管混凝土柱截面比鋼筋混凝土柱可減少60%以上，輪廓尺寸也比鋼柱小，擴(kuò)大了建筑物的使用空間和面積。與鋼結(jié)構(gòu)相比,節(jié)約了大量鋼材，因而相應(yīng)地也降低了造價(jià)。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,大約可減少混凝土量的一半,而用鋼量大致相當(dāng)。這樣隨之帶來(lái)的優(yōu)越性是構(gòu)件自身大大減輕、構(gòu)件斷面大大減小,減少了結(jié)構(gòu)占地面積。由于省去了大量的模板,節(jié)省了大量木材,降低了費(fèi)用, 鋼管砼柱自重減少，減輕了地基承受的荷載，相應(yīng)降低了地基基礎(chǔ)造價(jià)，因此其取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。
二、鋼管混凝土在工程中應(yīng)用及效益
近年來(lái)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)也在迅猛發(fā)展，涌現(xiàn)出很多新的施工工藝和施工方法，使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種大型建筑工程和交通運(yùn)輸工程中，取得了較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 1、高層建筑工程。據(jù)有關(guān)資料，達(dá)百米和超過(guò)百米的鋼管砼結(jié)構(gòu)的高層建筑已有20多座。其中最高的是深圳72層的賽格廣場(chǎng)大廈，結(jié)構(gòu)高度291.6米，堪稱(chēng)世界之最。這些高層建筑中采用鋼管混凝土柱不僅節(jié)約材料、減輕自重、縮短工期，經(jīng)濟(jì)效益顯著。 2、 公共建筑、工業(yè)廠房及大跨度橋梁工程 。例如南寧青秀山高爾夫俱樂(lè)部打習(xí)館改擴(kuò)建工程，項(xiàng)目位于青秀山風(fēng)景區(qū)，擬在改造原有主體框架的同時(shí)擴(kuò)建二層的辦公用房。由于打習(xí)館已投入使用，在改、擴(kuò)建施工的過(guò)程中應(yīng)盡量減少對(duì)原有建筑已使用部分的影響，縮短工期，同時(shí)配合整個(gè)建筑物的立面造型及風(fēng)格，經(jīng)多方分析比較，決定在擴(kuò)建工程中采用鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)，并采取一定的施工措施，充分利用組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。鋼管混凝土已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于拱橋結(jié)構(gòu)中，也開(kāi)始應(yīng)用于斜拉橋結(jié)構(gòu)中。 在拱橋結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝土構(gòu)件主要用來(lái)承受軸向壓力。拱橋的跨度很大時(shí)，拱肋將承受很大的軸向壓力，采用鋼管混凝土構(gòu)件是非常合理的。另外，鋼管可以做為橋梁安裝架設(shè)階段的勁性骨架和灌注混凝土的模板。因此，鋼管混凝土被認(rèn)為是建造大跨度拱橋的一種比較理想的復(fù)合結(jié)構(gòu)材料。
近年來(lái)，在斜拉橋和梁式橋中也開(kāi)始采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，同樣取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。例如，廣東南海市紫洞大橋、湖北秭歸縣向家壩大橋和四川萬(wàn)縣萬(wàn)洲大橋都采用了鋼管混凝土空間桁架組合梁式結(jié)構(gòu)，減輕了結(jié)構(gòu)恒載，提了結(jié)構(gòu)承載力利用系數(shù)，同時(shí)采用與之相適應(yīng)的、合理的施工工藝，簡(jiǎn)化了施工程序，減少了施工設(shè)備，加快了施工進(jìn)度，降低了工程造價(jià)。鋼管混凝土空間桁架組合梁式結(jié)構(gòu)適用于多種橋型，如系桿拱橋結(jié)構(gòu)、特大跨徑斜拉橋結(jié)構(gòu)、特大跨徑懸索橋結(jié)構(gòu)等，推廣其應(yīng)用必將帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
篇2
1. 1 結(jié)構(gòu)面積減小，有效使用面積增加
在建筑工程中鋼管混凝土通常用做柱子，由于鋼管混凝土是延性材料，在地震區(qū)可以做到不受軸壓比的限制，只控制其長(zhǎng)細(xì)比，因此，柱截面面積可減少很多，有效使用面積增大，結(jié)構(gòu)自重減輕在50%以上，因此，地震作用和地基荷載均可減小，從而經(jīng)濟(jì)有效地解決了我國(guó)建筑工程領(lǐng)域長(zhǎng)期存在而未能解決的“胖柱”問(wèn)題。
1. 2 施工簡(jiǎn)便，可大大縮短工期
鋼管混凝土柱和普通混凝土柱相比，免除了支模、拆模、綁扎鋼筋或焊接鋼筋骨架等工序，省工省時(shí)；和普通鋼柱相比，不用節(jié)點(diǎn)板，焊縫少，構(gòu)造簡(jiǎn)單。縮短工期，提前投產(chǎn)，其綜合經(jīng)濟(jì)效益較好。
1. 3 同等承載力條件下有更大的經(jīng)濟(jì)效益
鋼管超高強(qiáng)混凝土柱的造價(jià)比普通混凝土柱的造價(jià)降低30%左右；鋼管高強(qiáng)混凝土柱的造價(jià)比普通混凝土柱的造價(jià)偏高或大略相等。可見(jiàn)，采用鋼管超高強(qiáng)混凝土柱有更大的經(jīng)濟(jì)效益。
1. 4 耐火性能好
鋼管混凝土柱（空心鋼柱用混凝土填實(shí)）有較高的耐火能力，因?yàn)殇撝鼰岷笥腥舾蔁崃繒?huì)傳遞到混凝土部分，減慢鋼柱的升溫速度，并且一旦鋼柱屈服，混凝土可以承受大部分的軸向荷載，防止結(jié)構(gòu)倒塌。組合梁的耐火能力也會(huì)提高，因?yàn)殇摿旱臏囟葧?huì)從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土而降低。
2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)目前存在和需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題
從現(xiàn)有的文獻(xiàn)資料來(lái)看，國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼管混凝土的研究主要集中在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、靜力學(xué)性能、動(dòng)力學(xué)性能等方面，而真正對(duì)材料的研究相對(duì)較少。材料與結(jié)構(gòu)是一體不可分的，有了良好的材料設(shè)計(jì)，才會(huì)有良好的結(jié)構(gòu)性能，而目前鋼管混凝土所出現(xiàn)的一系列問(wèn)題如施工不穩(wěn)定、脫空、膨脹性能低、混凝土力學(xué)性能達(dá)不到要求等都可以先從材料方面著手找到解決問(wèn)題的方法。以下幾個(gè)方面是有待解決的問(wèn)題。
2. 1 材料的要求高，成本提高
混凝土特別是高強(qiáng)度混凝土的配制較困難，目前，強(qiáng)度等級(jí)在C100以上的混凝土仍處于試驗(yàn)室階段，高強(qiáng)度鋼材的應(yīng)用在一定程度上提高了成本。
2. 2 材料的自身性質(zhì)
鋼管混凝土在收縮、徐變、溫度等影響下的材料自身性質(zhì)還需做系統(tǒng)全面的研究。
2. 3 復(fù)雜受力狀態(tài)
復(fù)雜受力狀態(tài)如彎、剪、壓、扭共同作用時(shí)構(gòu)件的計(jì)算方法還沒(méi)有完全確定，造成設(shè)計(jì)時(shí)只能簡(jiǎn)單地忽略構(gòu)件的受扭和受剪，并加大構(gòu)件承載力的富裕度來(lái)處理。
2. 4 節(jié)點(diǎn)性能的研究
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程采用的節(jié)點(diǎn)形式有很多樣。按材料分，現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁與鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)，鋼梁與鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)；按梁柱間的彎矩傳遞情況來(lái)分，有剛接節(jié)點(diǎn)、鉸接節(jié)點(diǎn)和彈性連接節(jié)點(diǎn)。目前，關(guān)于節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)和理論研究嚴(yán)重滯后于實(shí)際工程的應(yīng)用。
2. 5 動(dòng)力性能的研究
鋼管混凝土尤其鋼管高強(qiáng)混凝土和鋼管超高強(qiáng)混凝土的耐疲勞性能和抗震性能需做進(jìn)一步研究。
2. 6 鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)技術(shù)的要求
鋼結(jié)構(gòu)防護(hù)包括防火、防腐、防銹。鋼結(jié)構(gòu)體系房屋造價(jià)高的主要原因是鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)技術(shù)要求較高，費(fèi)用較高。
3 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀和應(yīng)用前景
我國(guó)于上世紀(jì)50 年代末開(kāi)始進(jìn)行鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的研究，主要集中在鋼管中澆灌混凝土的內(nèi)填充型鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。目前，在鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)、耐火性能等方面展開(kāi)了比較系統(tǒng)的研究工作，取得了巨大成就，其構(gòu)件性能、理論研究和實(shí)際應(yīng)用在國(guó)際上處于領(lǐng)先。
1963 年在北京地鐵車(chē)站首次應(yīng)用了鋼管混凝土柱，隨后，在一些廠房的柱子中逐步得到推廣應(yīng)用。上世紀(jì)80年代以來(lái)這種結(jié)構(gòu)材料在多層和高層建筑中得到進(jìn)一步應(yīng)用。自1990年在我國(guó)四川省建成了跨度110m 的下承式系桿鋼管混凝土拱橋―――旺港天橋以來(lái)，混凝土拱橋在我國(guó)得到了迅猛發(fā)展。廣州丫髻沙大橋?yàn)橹骺?60m的鋼管混凝土帶懸臂中承式剛架系桿，拱的跨徑突破了300m大關(guān)；四川省巫山長(zhǎng)江大橋?yàn)榭鐝?00m的鋼管混凝土拱橋，這兩座橋梁的修建，標(biāo)志著我國(guó)鋼管混凝土拱橋的研究與應(yīng)用整體水平已經(jīng)提升至一個(gè)新的高度。鋼管混凝土拱橋在我國(guó)迅速發(fā)展，并先后頒布了有關(guān)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)程。
國(guó)內(nèi)一些大專(zhuān)院校、科研院所也對(duì)鋼管混凝土進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，取得了一些成果。韓林海和鐘善桐等對(duì)工程中常用的幾種形狀的鋼管混凝土力學(xué)性能進(jìn)行了探索和研究，提出了極限平衡法理論和鋼管混凝土統(tǒng)一理論，為鋼管混凝土的研究奠定了基礎(chǔ)；哈爾濱建筑大學(xué)王湛等通過(guò)試驗(yàn)研究了核心混凝土為C30～C50強(qiáng)度等級(jí)的鋼管膨脹混凝土；魏美娟等給出了鋼管混凝土構(gòu)件的計(jì)算條件，對(duì)構(gòu)件在臨時(shí)荷載作用下受彎的力學(xué)性能進(jìn)行了分析和計(jì)算；武漢理工大學(xué)的胡曙光和丁慶軍等針對(duì)鋼管高強(qiáng)膨脹混凝土的特性，圍繞鋼管混凝土工程應(yīng)用中所普遍存在的混凝土與鋼管脫粘問(wèn)題和大跨度結(jié)構(gòu)工程的施工難題，進(jìn)行了長(zhǎng)期深入、系統(tǒng)的研究；韓冰等在對(duì)鋼管混凝土受彎構(gòu)件徐變分析的基礎(chǔ)上，建立了長(zhǎng)期荷載作用下鋼管混凝土受彎構(gòu)件的承載力計(jì)算方法，認(rèn)為徐變將降低鋼管混凝土受彎構(gòu)件的承載力。
目前，鋼管混凝土和鋼管高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用很廣泛，但鋼管超高強(qiáng)混凝土還處于試驗(yàn)室研究階段，隨著科研成果的積累和完善，本世紀(jì)鋼管高強(qiáng)混凝土和鋼管超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)在高層和超高層建筑中一定會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]鐘善桐.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展[J ].建筑技術(shù)， 2001 （2）
篇3
0引言
鋼管混凝土就是由混凝土填入薄壁圓形鋼管而形成的組合結(jié)構(gòu)材料。其基本原理是借助圓形鋼管對(duì)核心混凝土的套箍約束作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和壓縮變形能力。由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、重量輕、延性好、耐疲勞、耐沖擊等優(yōu)越力學(xué)性能，在土木工程的高層建筑、大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)中廣泛運(yùn)用。由于計(jì)算步驟復(fù)雜，設(shè)計(jì)中常采用試算法和經(jīng)驗(yàn)法來(lái)確定截面尺寸，往往使得設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)工作量大和和結(jié)構(gòu)不經(jīng)濟(jì)，提高了工程造價(jià)，造成浪費(fèi)。因此，編制出優(yōu)化設(shè)計(jì)程序進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是非常必要的。
為此，本文結(jié)合鋼管混凝土結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，建立鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用優(yōu)化算法和數(shù)值迭代計(jì)算原理，編制了平面桿系結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算優(yōu)化程序，對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。
1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型
1.1目標(biāo)函數(shù)
主要從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度考慮，以鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的造價(jià)最低為目標(biāo)來(lái)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，因此提出了如下目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式：
(1－1)
式中：P(x) 為工程造價(jià)；為鋼管的單位造價(jià)；為混凝土的單位造價(jià)；為鋼管的密度；為鋼管混凝土桿件長(zhǎng)度。
1.2設(shè)計(jì)變量
設(shè)計(jì)變量為鋼管混凝土型號(hào)中的混凝土標(biāo)號(hào)、鋼材種類(lèi)、橫截面面積、慣性矩、含鋼率以及桿件長(zhǎng)度尺寸等。在混凝土標(biāo)號(hào)、鋼材種類(lèi)和結(jié)構(gòu)中桿件布局已經(jīng)確定的情況下，影響結(jié)構(gòu)造價(jià)主要因素是桿件中各材料的截面面積，因此，設(shè)計(jì)變量如下：
（1）桿件中鋼管的截面面積：
（2）桿件中混凝土的截面面積：
1.3約束條件
約束條件均取自于鋼管混凝土設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范及實(shí)際設(shè)計(jì)工程要求。
（1）應(yīng)力約束
桿件為拉彎桿件：
(1－2)
桿件為壓彎桿件：
時(shí)，(1－3)
時(shí)，(1－4)
式中：、分別為第個(gè)桿件的軸力和彎矩；為桿件中鋼管的截面面積；為桿件截面面積；為桿件截面抵抗矩；為桿件組合強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；―鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。
（2）穩(wěn)定約束
時(shí)，(1－5)
時(shí)， (1－6)
式中：為歐拉臨界力，；為截面的組合彈性模量；為桿件長(zhǎng)細(xì)比；為等效彎矩系數(shù)；為穩(wěn)定設(shè)計(jì)安全系數(shù)。
（3）撓度約束
(1－7)
式中：為桿件頂點(diǎn)的設(shè)計(jì)撓度；為規(guī)范容許撓度。
2優(yōu)化程序編制
2.1編程思路
（1）首先運(yùn)用桿系結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算程序計(jì)算出各工況下內(nèi)力值，提取出內(nèi)力值（軸力、彎矩）數(shù)據(jù)；然后按照序列兩級(jí)算法思路對(duì)約束進(jìn)行分類(lèi)優(yōu)化：即先用滿(mǎn)應(yīng)力法對(duì)應(yīng)力約束條件進(jìn)行優(yōu)化，在滿(mǎn)足應(yīng)力約束條件后，再用射線(xiàn)步法進(jìn)行位移約束條件優(yōu)化，在滿(mǎn)足位移約束條件后，輸出數(shù)值結(jié)果；最后判斷數(shù)值結(jié)果是否滿(mǎn)足造價(jià)收斂條件，如果滿(mǎn)足收斂條件，結(jié)束運(yùn)算，輸出結(jié)果文件，如果不滿(mǎn)足收斂條件，把當(dāng)前的數(shù)值結(jié)果代入桿件結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算程序計(jì)算各工況下內(nèi)力值，開(kāi)始新的循環(huán)計(jì)算。
（2）用滿(mǎn)應(yīng)力法對(duì)桿件截面進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中，在某工況下，如桿件為壓桿，先對(duì)桿件的混凝土截面積用滿(mǎn)應(yīng)力法優(yōu)化，得出優(yōu)化的截面面積后，再根據(jù)鋼管混凝土桿件規(guī)定的最小含鋼率計(jì)算鋼管的截面面積；如桿件為拉桿，先對(duì)桿件的鋼管的截面面積進(jìn)行滿(mǎn)應(yīng)力優(yōu)化，得出優(yōu)化的鋼管截面面積后，根據(jù)鋼管混凝土桿件規(guī)定的最大含鋼率計(jì)算混凝土截面面積。通過(guò)這樣的方式處理，可以保證在規(guī)定的含鋼率條件下，單根鋼管混凝土桿件的截面造價(jià)最低。
（3）鋼管混凝土桿件中混凝土面積和鋼管面積的變化，會(huì)使得其含鋼率發(fā)生變化，這樣就會(huì)導(dǎo)致鋼管混凝土彈性模量發(fā)生較大變化，如果再按滿(mǎn)應(yīng)力法中內(nèi)力不變的假設(shè)進(jìn)行優(yōu)化，就會(huì)使得結(jié)構(gòu)內(nèi)力偏差太大，優(yōu)化無(wú)從進(jìn)行。因此，本程序中對(duì)滿(mǎn)應(yīng)力優(yōu)化的結(jié)果都重新進(jìn)行了結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計(jì)算，以保證優(yōu)化的結(jié)果偏差盡量減小。
（4）當(dāng)對(duì)位移約束條件進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，是在假設(shè)鋼管混凝土桿件的含鋼率不變的前提下進(jìn)行桿件截面的優(yōu)化，這樣降低了優(yōu)化的復(fù)雜性，還可以利用先前計(jì)算的內(nèi)力值數(shù)據(jù)，通過(guò)單位荷載法求解位移，使得位移約束由隱性約束變成顯性約束，盡可能的減少結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算次數(shù)。
2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)程序步驟
1.輸入初始設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，及基本參數(shù)；
2.進(jìn)行各種工況下的結(jié)構(gòu)分析；
3.判斷第號(hào)桿件在第工況下受拉還是受壓；如果受拉，用滿(mǎn)應(yīng)力計(jì)算公式，得到鋼管的截面值；如果受壓，用滿(mǎn)應(yīng)力計(jì)算公式，得到混凝土的截面值；
4.在所有工況中，選取鋼管截面面積和混凝土截面面積；
5.如果且，轉(zhuǎn)到第6步；如果兩個(gè)條件中有一個(gè)不滿(mǎn)足，轉(zhuǎn)到第2步；
6.在材料離散集合中，用一維搜索法查找和值最小的截面組合，可得新的截面值，即：和；
7.進(jìn)行單位虛位移和各種工況下的結(jié)構(gòu)重分析；
8.在所有的工況中，選取跨中節(jié)點(diǎn)撓度最大值；
9.計(jì)算位移比，如果，轉(zhuǎn)到第10步；如果，轉(zhuǎn)到第13步；
10.通過(guò)射線(xiàn)步調(diào)整截面，即：和；
11.計(jì)算，轉(zhuǎn)到第9步；
12.在材料離散集合中，用一維搜索法查找和值最小的截面組合，可得新的截面值，即：和；
13.收斂判斷：（為優(yōu)化后混凝土和鋼管總造價(jià)），得出最終截面，結(jié)束計(jì)算；否則，轉(zhuǎn)到第2步。
3設(shè)計(jì)實(shí)例及計(jì)算結(jié)果分析
圖1 人行橋立面圖
本文以一鋼管混凝土全焊空間桁架人行橋作為研究對(duì)象，結(jié)構(gòu)立面見(jiàn)圖1所示。橋梁跨徑是20.58米，整根主梁為兩個(gè)平面桁架拱組成，橫橋方向桁架間距均為5m，主梁桿件均采用鋼管混凝土桿件，人行道板為槽鋼與鋼筋混凝土板組成的鋼―混凝土組合板，其設(shè)計(jì)人群荷載4，混凝土采用C50，鋼管采用16Mn，混凝土價(jià)格擬用300元/立方米，鋼管價(jià)格擬用4500元/噸。
優(yōu)化設(shè)計(jì)后的工程造價(jià)與原設(shè)計(jì)工程造價(jià)比較見(jiàn)表1，優(yōu)化后混凝土用量降低了6.49%，鋼管用量降低了11.86%，總造價(jià)降低了11.53%，優(yōu)化后的設(shè)計(jì)能取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。
表1原設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)比較
類(lèi)別 原設(shè)計(jì) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 優(yōu)化比例
混凝土體積（m3） 20.533 19.2 6.49%
鋼管體積（m3） 2.667 2.351 11.86%
造價(jià)（元） 99900.63 88386 11.53%
4結(jié)語(yǔ)
通過(guò)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以減少設(shè)計(jì)人員的工作量，提高設(shè)計(jì)人員的工作效率，改變?cè)O(shè)計(jì)中通常采用的試算法進(jìn)行鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法；同時(shí)可以使鋼管和混凝土兩種材料配比合理，減少材料浪費(fèi)，降低工程造價(jià)，取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)化設(shè)計(jì)也是今后鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的必然發(fā)展趨勢(shì)。
參考文獻(xiàn)
孫煥純，柴山，王躍方，離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)［M］.大連理工大學(xué)出版社，1995年
篇4
1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工特點(diǎn)
根據(jù)構(gòu)造和施工工藝條件可將鋼管混凝上結(jié)構(gòu)的施工分為鋼管結(jié)構(gòu)的制造和組裝以及管內(nèi)混凝土的澆灌兩部分，整個(gè)工藝兼有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。從鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的具體施工條件來(lái)看，其施工特點(diǎn)主要為。
1.1管內(nèi)混凝土是在狹小的管道中澆灌的，由于結(jié)構(gòu)條件所限，混凝土的澆灌質(zhì)量難以檢查，當(dāng)采用人工澆灌并振搗時(shí)，只能依靠操作人員的責(zé)任心，加強(qiáng)振搗，仔細(xì)操作，確保管內(nèi)混凝土的密實(shí)。當(dāng)采用高位拋落無(wú)振搗施工法以及泵送頂升法時(shí)，都應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)的施工技術(shù)要求。
1.2由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的管肢均較長(zhǎng)，而且管肢中間通常不設(shè)澆灌孔，致使管內(nèi)混凝土一次施工高度較大，一般都在10。以上，國(guó)外最高已達(dá)100 m,
1.3鋼管混凝土結(jié)構(gòu)管肢的內(nèi)徑一般均不大于混凝土振搗器的有效作用半徑，約為振搗棒直徑的10倍左右。而且鋼管不漏漿，當(dāng)采用人工澆灌并振搗時(shí)，只要在施工中采用具有足夠振搗能力的內(nèi)部或外部振搗器，加強(qiáng)操作，并保證不間斷連續(xù)施工，餛凝土的質(zhì)量是能夠得到保證的。
1.4為避免鋼管外部焊接對(duì)混凝土燒傷的可能，對(duì)管外焊縫較為密集的部位應(yīng)先焊接，然后再進(jìn)行混凝土的澆灌施工。竣工后，允許加焊必要的零部件，并應(yīng)采取相應(yīng)的措施減少局部高溫作用的影響口
1.5鋼管構(gòu)件的加工與一般金屬結(jié)構(gòu)制作稍有不同，如各附屬焊件與管肢多為曲面連接.結(jié)構(gòu)拼裝問(wèn)隙不易保證，必須采用鋼管自動(dòng)切割機(jī)或胎架m裝.才能保證制造質(zhì)量。
1.6由于鋼管混凝土優(yōu)越的力學(xué)性能，近些年被用于高層和超高層建筑中，為了加快現(xiàn)場(chǎng)、施工進(jìn)度.采用地上和地下層同時(shí)進(jìn)行施工的逆作法施工，大大縮短了工期。鋼管構(gòu)件的制作優(yōu)先采用螺旋焊接管，也可使用滾床卷制符合要求的鋼管。為適應(yīng)鋼管拼裝后的軸線(xiàn)要求.鋼管坡口端應(yīng)與管軸嚴(yán)格垂直。在卷板過(guò)程中，應(yīng)注意保證管端與管軸線(xiàn)形成垂直的平面。當(dāng)采用滾床卷管時(shí)，應(yīng)特別注意直縫的焊接質(zhì)量，盡可能采用自動(dòng)焊縫。當(dāng)采用手工焊縫時(shí).宜采用直流焊機(jī)，這樣可以得到較為穩(wěn)定的焊弧，且焊縫的含氫量較低，這對(duì)具有雙向受力的鋼管是必要的。
2鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
2.1延性好
據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明:鋼管混凝土軸向壓縮到原長(zhǎng)的z/3，構(gòu)件表面己褶曲，但仍有一定的承載能力，可見(jiàn)塑性之好。在壓彎剪循環(huán)荷載作用下，水平力與位移之間的滯回曲線(xiàn)十分飽滿(mǎn)，吸能能力很好，基本無(wú)剛度退化。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內(nèi)部混凝土的破壞由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐模瑯?gòu)件的延性性能明顯改善。
2.2抗震性能優(yōu)越
抗震性能是指在動(dòng)荷載或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在這方面，鋼管混凝土構(gòu)件要比鋼筋混凝土構(gòu)件強(qiáng)得多。在壓彎反復(fù)荷載作用下，彎矩曲率滯回曲線(xiàn)表明，結(jié)構(gòu)的吸能性能特別好，無(wú)剛度退化，且無(wú)下降段，不喪失局部穩(wěn)定性的鋼柱相同。但在一些建筑中，鋼柱常常要采用很厚的鋼板以確保局部穗定性，但還常發(fā)生塑性彎曲后喪失局部穩(wěn)定。因此，鋼管混凝土柱的抗震性能也優(yōu)于鋼柱。
2.3施工方便
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，鋼管可以作為勁性骨架承擔(dān)施工階段的施工荷載和結(jié)構(gòu)重量，施工不受混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響。該種結(jié)構(gòu)形式和鋼結(jié)構(gòu)相比零件少，焊縫短，可以采用構(gòu)造簡(jiǎn)單的插入式柱腳，免去了復(fù)雜的柱腳構(gòu)造。和鋼筋混凝土柱相比，由于鋼管本身就是耐側(cè)壓的模板，因此在澆灌混凝土?xí)r可以免去支模、拆模等工和料。鋼管還是“鋼筋”，它兼有混凝土柱中縱向受拉、受壓鋼筋和橫向箍筋之作用。從施工過(guò)程看制作鋼管遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架省工得多，而且便于澆灌。鋼管本身就是勁性結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在施工階段可以起勁性鋼骨架的作用，節(jié)省了許多支撐構(gòu)件和腳手架，簡(jiǎn)化了施工安裝工藝。
2.4防火耐火性能好
鋼管混凝土的耐火性比鋼結(jié)構(gòu)好，由于鋼管內(nèi)填有混凝土，能吸收大量的熱能，混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)低而比熱大，因此遭受火災(zāi)時(shí)管柱截面溫度場(chǎng)的分布很不均勻，越到中心，溫度越滯后，增加了柱子的耐火時(shí)間。
2.5耐腐蝕性強(qiáng)
鋼管中澆注混凝土使鋼管的外露面積減少，受外界氣體腐蝕面積比鋼結(jié)構(gòu)少得多，抗腐和防腐所需費(fèi)用比鋼結(jié)構(gòu)節(jié)省。
3鋼管內(nèi)混凝土的施工
根據(jù)國(guó)內(nèi)外鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工經(jīng)驗(yàn)，澆灌混凝土有下種方法，即立式手工澆搗法、高位拋落無(wú)振搗法和泵送頂升澆灌法。
3.1.立式手工澆搗法
一般混凝土施工都是在構(gòu)件安裝就位，固定完畢并經(jīng)檢查無(wú)誤后，開(kāi)始向管內(nèi)澆灌混凝土的，澆灌工作應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。在澆灌混凝上之前，應(yīng)先澆灌一層水泥砂漿.厚度不小于100mm，用以封閉管底并使自由下落的混凝土不致產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象。混凝土由鋼管上口灌人，井用振搗器搗實(shí)。鋼管管徑大于350mm時(shí)、采用內(nèi)部振搗器〔振搗棒或鍋底形振搗器等)振搗，每次振搗時(shí)間不少子30s，一次澆灌的混凝土高度不宜大于2m。當(dāng)管徑小于350mm時(shí)，可采用附著在鋼管外部的外部振搗器進(jìn)行振搗，振搗時(shí)間不小于1 min。外部振搗器的位置應(yīng)隨混凝土澆灌的進(jìn)展加以調(diào)整。外部振搗器的工作效果.以鋼管橫向振幅不小于0.3mm為有效，振幅可用百分表實(shí)測(cè)。一次澆灌的混凝土高度不應(yīng)大于振搗器的有效工作范圍，，一般為2-3 m。
立式手工澆搗法施工速度較慢，且施工人員必須嚴(yán)格遵守操作紀(jì)律，才能保證混凝土的施工質(zhì)量。
3.2.高位拋落無(wú)振搗法
該法利用混凝土從高位順?shù)摴芟侣鋾r(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能達(dá)到振實(shí)混凝土的目的，免去了繁重的振搗工作，是混凝土施工工程中的一個(gè)創(chuàng)舉。它適合于管徑大于350 mm，高度不小于4m的場(chǎng)合。對(duì)于拋落高度不足4m的區(qū)段，仍須用內(nèi)部振搗器振實(shí)。
混凝土高位拋落無(wú)振搗法的關(guān)鍵是混凝土拋落后不產(chǎn)生離析現(xiàn)象，需要對(duì)混凝土的配合比提出特殊的要求.采用此法施工時(shí)，必須先進(jìn)行配比試驗(yàn)，確定合理的配合比和水灰比。要控制水灰比，適當(dāng)加大水泥用量，并摻適量的外加劑，以改變混凝土的內(nèi)聚性，增加附著力和流動(dòng)性。
3.3.混凝土泵送頂升澆灌法
該法是在鋼管接近地面的適當(dāng)位置安裝一個(gè)帶閘門(mén)的進(jìn)料支管，直接與泵的輸送管相連，由泵車(chē)將混凝土連續(xù)不斷地自下而上灌人鋼管。根據(jù)泵的壓力大小，一次壓人高度可達(dá)s0---100 m。鋼管直徑宜不小于泵徑的兩倍。
[結(jié)束語(yǔ)]
工程實(shí)踐表明，現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)既是一種使用高強(qiáng)、高性能材料的結(jié)構(gòu)，也是一種具有高效施工技術(shù)的結(jié)構(gòu).鋼管混凝土內(nèi)混凝土的施工較鋼筋混凝土構(gòu)件和鋼構(gòu)件的施工有許多優(yōu)勢(shì)。與鋼筋混凝土柱相比.由于鋼管混凝土柱沒(méi)有綁扎鋼筋，因而澆灌混凝土比現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱簡(jiǎn)便;因管內(nèi)無(wú)鋼筋和鋼箍，澆灌容易且質(zhì)量容易保證。它必將為新世紀(jì)的國(guó)家建設(shè)和土建工程的技術(shù)進(jìn)步發(fā)揮積極作用。
[參考文獻(xiàn)]
篇5
國(guó)外最早應(yīng)用型鋼混凝土結(jié)構(gòu),主要是用混凝土來(lái)保護(hù)鋼結(jié)構(gòu),使之防火性能及防腐蝕性能得到大大改善,不必要進(jìn)行經(jīng)常性的、工作量很大的日常維護(hù)。后來(lái)在結(jié)構(gòu)中才主要利用混凝土來(lái)提高結(jié)構(gòu)剛度,以減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移。將型鋼混凝土用于高層、超高層及高聳鋼結(jié)構(gòu)中,以及用于地震區(qū)的建筑中,將使建(構(gòu))筑物的側(cè)移大大減小。一般在混凝土中再不配縱向鋼筋與鋼箍。所用鋼管一般為薄壁圓鋼管或方鋼管。方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用歷史較短,盡管其與圓鋼管混凝土相比有一定的優(yōu)點(diǎn),鋼管的制作,節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,對(duì)某些受力構(gòu)件,大偏心受壓構(gòu)件比圓鋼管受力性能要好,不必一定做成雙肢或多肢柱。
1.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算模型假設(shè)
對(duì)于實(shí)心鋼管混凝土的研究，國(guó)內(nèi)有學(xué)者提出鋼管混凝土統(tǒng)一理論，即將鋼和混凝土視為一種組合材料來(lái)研究其綜合力學(xué)性能。
鋼管混凝土統(tǒng)一理論有如下基本假設(shè)：
(1)鋼管混凝土可視為一種組合材料。可以由構(gòu)件的工作曲線(xiàn)來(lái)研究其組合力學(xué)性能指標(biāo)，由整個(gè)構(gòu)件的形常數(shù)來(lái)計(jì)算其承載力。
(2)鋼管混凝土構(gòu)件在不同荷載組合作用下的性能變化是連續(xù)、統(tǒng)一的。
(3)鋼管混凝土構(gòu)件的性能隨幾何參數(shù)如長(zhǎng)細(xì)比、含鋼率等的變化是連續(xù)、統(tǒng)一的。
(4)鋼管混凝土構(gòu)件的性能變化隨其截面形狀如圓形、多邊形、方形的改變是連續(xù)、統(tǒng)一的。
根據(jù)這些假設(shè)，統(tǒng)一理論研究的基本思路是：首先分別確定鋼材和核心混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型，再將應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系模型編入數(shù)值計(jì)算的程序當(dāng)中，利用數(shù)值分析方法計(jì)算出構(gòu)件受軸壓（拉）、純彎、純扭或純剪的荷載－變形關(guān)系曲線(xiàn)，進(jìn)而由荷載－變形關(guān)系曲線(xiàn)導(dǎo)出鋼管混凝土各項(xiàng)綜合力學(xué)性能指標(biāo)（如軸壓模量及強(qiáng)度指標(biāo)，抗彎剛度及抗彎模量等）。由于計(jì)算時(shí)采用的核心混凝土的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系模型中考慮了鋼材對(duì)混凝土的約束作用，所以在綜合荷載－變形關(guān)系中也就包含了這種作用效應(yīng)，因而在各項(xiàng)綜合力學(xué)性能指標(biāo)中也包含了這種效應(yīng)，比較符合實(shí)際應(yīng)用。
2.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)
2.1受力合理
能充分發(fā)揮混凝土與鋼材的特長(zhǎng),從而使構(gòu)件的承載能力大大提高。從另一方面而言,對(duì)于同樣的負(fù)荷,鋼管混凝土構(gòu)件的斷面將比鋼筋混凝土構(gòu)件顯著減小。對(duì)混凝土來(lái)說(shuō),由于鋼管約束,改變了受力性能,變單向受壓為三向受壓,使混凝土抗壓強(qiáng)度提高了幾倍。對(duì)鋼管來(lái)說(shuō),薄壁鋼構(gòu)件對(duì)于局部缺陷特別敏感。薄壁鋼管也不例外,局部缺陷特別是不對(duì)稱(chēng)缺陷的存在,將使實(shí)際的穩(wěn)定承載力比理論值小得多。由于混凝土充填了鋼管,保證了薄壁鋼管的局部穩(wěn)定,使其弱點(diǎn)得到了彌補(bǔ)。
2.2具有良好的塑性性能
混凝土是脆性材料,混凝土的破壞具有明顯的脆性性質(zhì),即使是鋼筋混凝土受壓構(gòu)件,尤其是軸心受壓及小偏心受壓構(gòu)件的破壞,也是脆性破壞。而且在實(shí)際工程中軸心受壓、小偏心受壓的情況往往實(shí)際上是不可避免的,甚至是大量的。而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中,由于核心混凝土是處于三向約束狀態(tài),約束混凝土與普通混凝土不同,不僅改善了使用階段的彈性性質(zhì),而且在破壞時(shí)產(chǎn)生很大的塑性變形,鋼管混凝土柱的破壞,完全沒(méi)有脆性特征,屬于塑性破壞。此外,這種結(jié)構(gòu)具有良好的抗疲勞、耐沖擊的性能。
2.3施工簡(jiǎn)單,縮短工期
鋼管本身就是模板,因此比鋼筋混凝土構(gòu)件省去了模板。鋼管本身既是縱筋又是箍筋,這樣便省去了模板的制作安裝工作。鋼管的制作比鋼筋骨架的制作安裝也簡(jiǎn)單,并且鋼管本身在施工階段即可作為承重骨架,可以節(jié)省腳手架。這些方面對(duì)施工都大為有利,不僅節(jié)省了大量施工中的材料,減少了施工工作量,而且大大減少了現(xiàn)場(chǎng)露天工作,改善了工作條件,同時(shí)也加快了施工、縮短工期。
2.4顯著的經(jīng)濟(jì)效果
與鋼結(jié)構(gòu)相比,節(jié)約了大量鋼材。根據(jù)多項(xiàng)工程統(tǒng)計(jì),鋼管混凝土大約能節(jié)省鋼材50%,因而相應(yīng)地也降低了造價(jià)。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,大約可減少混凝土量的一半,而用鋼量大致相當(dāng)。這樣隨之帶來(lái)的優(yōu)越性是構(gòu)件自身大大減輕、構(gòu)件斷面大大減小,減少了結(jié)構(gòu)占地面積。由于省去了大量的模板,節(jié)省了大量木材,降低了費(fèi)用,因此其取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。
2.5良好的抗震性能
由于結(jié)構(gòu)自重大大減輕,這對(duì)減小地震作用大為有利。結(jié)構(gòu)具有良好的延性,這在抗震設(shè)計(jì)中是極為重要的。而對(duì)于一般鋼筋混凝土柱,尤其是軸壓和小偏心受壓柱是難以克服的缺點(diǎn)。
2.6具有美好的造型與最小的受風(fēng)面積
圓形柱不僅以其美好的造型而且因其無(wú)棱角,所以特別適用于公共建筑的門(mén)廳、大廳、車(chē)站\車(chē)庫(kù)、城市立交橋以及露天塔架等高聳結(jié)構(gòu)。
由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有一系列的優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛采用于多高層建筑、橋梁結(jié)構(gòu)、地鐵車(chē)站及各種重型、大跨的工業(yè)廠房以及高聳塔架等建筑物。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)外應(yīng)用已有近百年歷史,20世紀(jì)初,美國(guó)就在一些單層和多層房屋中采用鋼管混凝土柱。
3.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在多層建筑中的應(yīng)用
例如1984年在上海建成的基礎(chǔ)公司特種基礎(chǔ)研究所科研樓,地下2層,地上5層均為雙跨鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)。邊柱與中柱分別為299與35l根鋼管混凝土柱,可見(jiàn)柱斷面及結(jié)構(gòu)占地面積均比鋼筋混凝土框架柱為小。1992年泉州市郵電局大廈,高87.5m,采用框架剪力墻結(jié)構(gòu),底部三層的框架柱采用的鋼管混凝土柱。廈門(mén)信源大廈高96m,地下2層\地上28層。地下至20層的全部框架柱及20～23層的四角柱采用了鋼管混凝土。廈門(mén)埠康大廈,高86.5m,地上25層,其中12層采用了鋼管混凝土柱。惠州嘉駿大廈28層,全部柱子采用鋼管混凝土柱。惠州富紳商住樓28層,地下2層、地上3層全部柱子采用了鋼管混凝土柱。這些高層建筑中采用鋼管混凝土柱不僅節(jié)約材料、減輕自重、縮短工期,并且如果采用鋼筋混凝土,柱斷面尤其是底下數(shù)層柱的斷面將會(huì)很大,結(jié)構(gòu)占據(jù)了很大的使用面積,也給使用帶來(lái)諸多不便。
4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在公共建筑中的應(yīng)用
在北京地鐵車(chē)站站臺(tái)中廣泛采用了鋼管混凝土柱,不僅充分發(fā)揮了其優(yōu)良的受力性能,也獲得美好的景觀,縮短了工期。首鋼陶樓展覽館,全部柱子也采用了鋼管混凝土柱。江西省體育館的屋蓋由跨度為88m的拱懸掛。拱采用箱形截面,分別用四根鋼管置于箱形截面的四角,用角鋼做腹桿組成了箱形截面拱。四角鋼管中澆筑混凝土,以此箱形拱為依托,掛上模板,澆灌混凝土以形成鋼筋混凝土箱形截面拱。這樣解決了如此高大拱體現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的困難。充分體現(xiàn)了前述鋼管可作為施工時(shí)承重骨架的優(yōu)越性。這一結(jié)構(gòu),實(shí)際上是鋼管混凝土與空腹桁架配鋼的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的巧妙結(jié)合與新的發(fā)展。
5.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在工業(yè)構(gòu)筑物中的應(yīng)用
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常用于各種設(shè)備支架、塔架、通廊與倉(cāng)庫(kù)支柱等各種工業(yè)構(gòu)筑物中。
工業(yè)構(gòu)筑物支架柱常為軸心受壓或接近軸心受壓,塔架等構(gòu)架的桿件常常以軸力為主,因此用鋼管混凝土柱受力合理,尤其對(duì)于室外的高度較高的塔架或倉(cāng)庫(kù)等,用圓形柱減小了受風(fēng)面積,對(duì)承受風(fēng)力是理想的斷面形式。這些構(gòu)筑物中比較典型的有江西德興銅礦礦石貯倉(cāng)柱。圓筒貯倉(cāng)高達(dá)42m,包括礦石在內(nèi)總重達(dá)16000t,采用了16根鋼管混凝土柱支承。荊門(mén)熱電廠鍋爐構(gòu)架1982年建成,鍋爐及附屬結(jié)構(gòu)總重為4220t,構(gòu)架高50m,由六根鋼管混凝土平腹桿雙肢柱支承。構(gòu)架跨度22.4m,柱距12m,柱頂標(biāo)高47.93m。柱肢采用令800mmXl2mm的鋼管,顯得非常輕巧。另外筆者在萊鋼2x60萬(wàn)噸水渣微粉項(xiàng)目中，立磨機(jī)框架高度52m，框架頂部工藝安置一臺(tái)50噸行車(chē)，框架柱采用了鋼管混凝土框架柱結(jié)構(gòu)，較好解決整體框架結(jié)構(gòu)頂部受力過(guò)大的問(wèn)題。
華北電管局的微波塔于1988年建成,塔頂標(biāo)高117m,塔身由20根令273mmX8mm無(wú)縫鋼管內(nèi)注C15混凝土的鋼管輥凝土柱構(gòu)成空心圓柱形結(jié)構(gòu)。華東電力設(shè)計(jì)院1979年設(shè)計(jì)的500kV門(mén)式變電構(gòu)架采用鋼管混凝土A形柱,構(gòu)架高27.5m,采用420mmX6mm的鋼管,取得較好的經(jīng)濟(jì)效果。
6.結(jié)論
由于鋼管混凝土的合理受力性能,施工簡(jiǎn)便,可加速工期并取得一定經(jīng)濟(jì)效果,因此已廣泛用于各種建構(gòu)筑物及橋梁工程。當(dāng)然,根據(jù)其受力特點(diǎn),主要用于以軸力為主尤其是以軸壓為主的構(gòu)件更顯其優(yōu)越性。由于工程中各種類(lèi)型構(gòu)件均有,受力復(fù)雜,因此使用時(shí)應(yīng)根據(jù)構(gòu)件受力特點(diǎn),可與鋼結(jié)構(gòu)/鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及其他組合結(jié)構(gòu)結(jié)合使用,使各自發(fā)揮本身的特長(zhǎng)而構(gòu)成合理受力結(jié)構(gòu),而不可勉強(qiáng)地一定采用某種單一的結(jié)構(gòu)體系。
【參考文獻(xiàn)】
篇6
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土填入鋼管內(nèi)而形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)。由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)能夠更有效地發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了鋼管結(jié)構(gòu)容易發(fā)生局部屈曲的缺點(diǎn)。近年來(lái)，隨著理論研究的深入和新施工工藝的產(chǎn)生，工程應(yīng)用日益廣泛。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)按照截面形式的不同可以分為矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和多邊形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)等，其中矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較廣。
一. 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的工作原理
眾所周知，混凝土的抗壓強(qiáng)度高。但抗彎能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時(shí)容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力。在受壓時(shí)，結(jié)構(gòu)不僅發(fā)生縱向變形，也發(fā)生一定程度上的橫向變形，后者與前者之比即泊松比。將鋼管和混凝土結(jié)合在一起時(shí)，鋼管的泊松比小于混凝土的泊松比時(shí)，可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度可成倍提高。同時(shí)由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提高了承載能力。
二．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
1．承載力高、延性好，抗震能力強(qiáng)
鋼管混凝土柱中，鋼管對(duì)其內(nèi)部混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度；鋼管內(nèi)部的混凝土又可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲。研究表明，鋼管混凝土柱的承載力高于相應(yīng)的鋼管柱承載力和混凝土柱承載力之和。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內(nèi)部混凝土的破壞由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐模炷恋拇嬖谝彩雇瑯娱L(zhǎng)細(xì)比的鋼管在相同受壓條件下穩(wěn)定性提高，同時(shí)構(gòu)件的延性性能明顯改善，耗能能力大大提高，具有優(yōu)越的抗震性能。
塑性是指在靜載作用下的塑性變形能力。鋼管混凝土短柱軸心受壓試臉表明，試件壓縮到原長(zhǎng)的2/3,縱向應(yīng)變達(dá)30%以上時(shí)，試件仍有承載力。剝?nèi)ヤ摴芎螅瑑?nèi)部混凝土雖已有很大的鼓凸褶皺，但仍保持完整，并未松散，用小錘輕輕敲擊后粉碎脫落，說(shuō)明混凝土雖然已經(jīng)失去承載力且達(dá)到脆性破壞，但兩者作為整體使得原本的脆性破壞變?yōu)樗苄云茐牟⑶野l(fā)生破壞的時(shí)候產(chǎn)生較大的塑性變形。抗震性能是指在動(dòng)荷載或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在這方面，鋼管混凝土構(gòu)件要比鋼筋混凝土構(gòu)件強(qiáng)得多。在壓彎反復(fù)荷載作用下，彎矩曲率滯回曲線(xiàn)表明，結(jié)構(gòu)的吸能性能特別好，無(wú)剛度退化，且無(wú)下降段，和不喪失局部穩(wěn)定性的鋼柱相同，但在一些建筑中，鋼柱常常要采用很厚的鋼板以確保局部穩(wěn)定性。但還常發(fā)生塑性彎曲后喪失局部穩(wěn)定。因此，鋼管混凝土柱的抗震性能也優(yōu)于鋼柱。
2．施工方便，工期大大縮短
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，鋼管可以做為勁性骨架承擔(dān)施工階段的施工荷載和結(jié)構(gòu)重量，施工不受混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響；由于鋼管混凝土內(nèi)部沒(méi)有鋼筋，便于混凝土的澆注和搗實(shí)；鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，不需要模板，既節(jié)省了支模、拆模的材料和人工費(fèi)用，也節(jié)省了時(shí)間。
3．有利于鋼管的防火和抗火
當(dāng)溫度升高時(shí)，混凝土的熱容大于鋼管的熱容，因此管柱截面溫度場(chǎng)的分布很不均勻，增加了柱子的耐火時(shí)間，減慢鋼柱的升溫速度，并且一旦鋼柱屈服，混凝土可以承受大部分的軸向荷載，防止結(jié)構(gòu)倒塌。組合梁的耐火能力也會(huì)提高，因?yàn)殇摿旱臏囟葧?huì)從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土而降低。經(jīng)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明:達(dá)到一級(jí)耐火3小時(shí)要求和鋼柱相比可節(jié)約防火涂料1/3一2/3甚至更多，隨著鋼管直徑增大，節(jié)約涂料也越多。
4．耐腐蝕性能得到提高
鋼管中澆注混凝土使鋼管的外露面積減少，受外界氣體腐蝕面積比鋼管結(jié)構(gòu)少了二分之一，抗腐和防腐所需費(fèi)用比鋼管結(jié)構(gòu)節(jié)省較多。
三.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用現(xiàn)狀
從十九世紀(jì)八十年代開(kāi)始，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)就已經(jīng)出現(xiàn)并在應(yīng)用中取得了顯著地經(jīng)濟(jì)效益。在二十世紀(jì)六十年代后，由于泵送混凝土結(jié)束的發(fā)展，解決了現(xiàn)場(chǎng)鋼管內(nèi)部澆灌混凝土的技術(shù)問(wèn)題，加上現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土需要用鋼管約束來(lái)克服其脆性，因此鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在各國(guó)的高層建筑中得到了廣泛應(yīng)用，被熱衛(wèi)視高層建造技術(shù)的一次重大突破。在我國(guó)，鋼管混凝土技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用從1966年的北京地鐵車(chē)站工程到現(xiàn)在有四十多年的歷史。近十年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，使得鋼管混凝土技術(shù)有了更廣泛卓越的應(yīng)用。
1．鋼管混凝土在橋梁工程中的應(yīng)用
1.1橋墩
對(duì)高架橋橋墩采用鋼管混凝土技術(shù)有以下有點(diǎn)：1）施工快捷2）承載力大，抗震安全系數(shù)高3）結(jié)構(gòu)柔細(xì)，與風(fēng)景協(xié)調(diào)。
1.2斜拉橋
對(duì)斜拉橋的主梁來(lái)說(shuō)，應(yīng)力求提高材料強(qiáng)度，增大跨越能力；減小橫載，節(jié)約材料用量；簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，提高施工速度。鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)在這方面有著卓越的優(yōu)勢(shì)。
1.3連續(xù)鋼構(gòu)橋
在同跨徑同樣結(jié)構(gòu)體系的情況下，鋼管混凝土桁架連續(xù)鋼構(gòu)承載力利用系數(shù)大于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)鋼構(gòu)大，預(yù)應(yīng)力鋼材和混凝土用量都大大減少，整體結(jié)構(gòu)的輕型化產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
2．鋼管混凝土在工民建工程中的應(yīng)用
2.1在高層建筑中的應(yīng)用
在高層建筑中，鋼管混凝土具有很大的優(yōu)勢(shì)：具有承載力高，抗震能力好的特點(diǎn)，
既可以取代鋼筋混凝土柱，解決高層建筑結(jié)構(gòu)中普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)底部的“胖柱”問(wèn)題和高強(qiáng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中柱的脆性破壞問(wèn)題，也可以取代鋼結(jié)構(gòu)體系中的鋼柱，以減少鋼材用量，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。鋼管混凝土構(gòu)件的自重較輕，可以減小基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)。
篇7
Keyword: steel tube concrete; Application; development
中圖分類(lèi)號(hào)：TU37文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)自60年代引入我國(guó)以來(lái)，迄今已有三十多年。它在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展歷經(jīng)了兩個(gè)階段：60年代至80年代中期為推廣應(yīng)用階段，80年代后期至今為發(fā)展提高階段。
鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土后形成的構(gòu)件，它是在型鋼混凝土及螺旋配筋混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的．鋼管混凝土利用鋼管和混凝土在受力過(guò)程中的相互作用使混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，從而使混凝土的強(qiáng)度得以提高，塑性和韌性性能大為改善；同時(shí)由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，從而保證材料性能的充分發(fā)揮．可見(jiàn)，二者相互貢獻(xiàn)，協(xié)同互補(bǔ)，共同工作，提高了鋼管混凝土構(gòu)件的整體性，使其具有承載力高、塑性和韌性好、抗震性能好、施工方便、較好的耐火性能和良好的災(zāi)后可修復(fù)性以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)利用鋼管和混凝土2種材料在受力過(guò)程中相互間的組合作用 充分發(fā)揮2種材料的優(yōu)點(diǎn)與其他結(jié)構(gòu)形式相比，有其很大的優(yōu)越性。
1.承載力提高
一方面，鋼管混凝土構(gòu)件軸心受壓時(shí)，混凝土的橫向變形受到鋼管的約束而處于三向受壓狀態(tài)，從而提高了核心混凝土抗壓強(qiáng)度，大大改善了混凝土的力學(xué)性能，改善了混凝土的脆性的弱點(diǎn)。而填于鋼管之內(nèi)的混凝土，又增強(qiáng)了鋼管管壁的穩(wěn)定性，以致其不易屈曲另一方面，承載力高，可使構(gòu)件截面減小，增加使用空間，且構(gòu)件自重減輕，從而減小基礎(chǔ)負(fù)擔(dān)，降低基礎(chǔ)造價(jià)。
2.變形能力好
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，核心混凝土在鋼管的約束下，既使其在使用階段的變形能力改善了，同時(shí)在其破壞時(shí)產(chǎn)生很大的塑性變形。試驗(yàn)表明，鋼管混凝土柱被破壞時(shí)可以壓縮到原長(zhǎng)的2/B鋼管中的混凝土已經(jīng)由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐模拐麄€(gè)構(gòu)件呈現(xiàn)出彈性工作塑性破壞的特征。
3.防火能力好
鋼管混凝土柱在吸熱后一些熱量會(huì)傳給混凝土，減慢鋼管的升溫速度，并且一旦鋼管部分屈服混凝土可以繼續(xù)承受軸向荷載，防止結(jié)構(gòu)倒塌。而且鋼管混凝土構(gòu)件在急驟降溫(如消防沖水)時(shí)又不像鋼筋混凝土那樣爆裂，說(shuō)明其防火性能比鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越。
4.施工方便
a.鋼管本身就是模板，在澆灌混凝土?xí)r，可省去模板的施工，并可適應(yīng)先進(jìn)的泵灌混凝土工藝。
b.鋼管本身又兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的作用，制作鋼管遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架省工，而且便于澆灌混凝土。
c.鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段可起勁性鋼骨架的作用，其焊接工作量遠(yuǎn)比一般型鋼骨架少。
5.經(jīng)濟(jì)效果顯著
實(shí)踐表明，鋼管混凝土與鋼結(jié)構(gòu)相比，在保持自重相近和承載力相同的條件下，可節(jié)省鋼材50%并節(jié)省大量的焊接工作，與普通鋼筋混凝土相比，在保持鋼材用量相近和承載力相同的條件下，構(gòu)件的橫截面積可減少一半，從而使建筑空間得到加大。混凝土和水泥用量以及構(gòu)件自重相應(yīng)減少50%，另外，鋼管混凝土本身的施工特點(diǎn)符合現(xiàn)代施工技術(shù)工業(yè)化的要求，可大量節(jié)約人工費(fèi)用，降低工程造價(jià)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中都得到了廣泛應(yīng)用，隨著高度超過(guò)100 m 的超高層建筑的大量興建，在高強(qiáng)混凝土還不普及的20世紀(jì)80年代后期，人們開(kāi)始應(yīng)用鋼管混凝土柱以解決“胖柱”問(wèn)題的探索，廣州好世界廣場(chǎng)大廈(33層)，率先于1993年采用了C60級(jí)的鋼管高強(qiáng)混凝土柱并獲得成功。
我國(guó)自上個(gè)世紀(jì)90年代初開(kāi)始將鋼管混凝土應(yīng)用于高層建筑，到目前為止，全部或部分采用鋼管混凝土的高層和超高層建筑已有近100座。在采用鋼管混凝土的超高層建筑中，規(guī)模最大的是1999年建成的深圳賽格廣場(chǎng)大廈，地上72層，高291.6米，總建筑面積為16.67萬(wàn)平方米，是迄今為止全部采用鋼管混凝土柱世界最高建筑。該建筑的框架柱結(jié)構(gòu)及抗側(cè)立體系內(nèi)筒全部采用了鋼管混凝土，該工程是完全由我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造和施工，為高層和超高層建筑采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。
二．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層和超高層建筑中的應(yīng)用
20世紀(jì)60—80年代鋼管混凝土開(kāi)始應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑．隨著理論研究的深入、設(shè)計(jì)規(guī)程的頒布和其自身具有的優(yōu)點(diǎn)，鋼管混凝土被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于高層和超高層建筑中。
一方面是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)自身具有科技含量較高，利于環(huán)境保護(hù)，且可再生利用等優(yōu)點(diǎn)，另一方面是由于我國(guó)鋼產(chǎn)量大幅度增加，世界鋼產(chǎn)量日趨飽和，鋼材價(jià)格隨之下降，所以近年來(lái)我國(guó)開(kāi)始大力推廣鋼結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)采用鋼結(jié)構(gòu)．建設(shè)部等部門(mén)也為此制定了加速推廣建筑鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展和應(yīng)用的目標(biāo)，確定“十五”期間以推廣住宅鋼結(jié)構(gòu)為重點(diǎn)，力爭(zhēng)在“十五”期間使我國(guó)建筑鋼結(jié)構(gòu)用鋼量達(dá)到全國(guó)鋼材總產(chǎn)量的3％，到2015年達(dá)到6％。住宅建筑歷來(lái)居建筑業(yè)首位，所以在住宅建筑中推廣鋼結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行。由于目前我國(guó)人口眾多，土地資源相對(duì)不足，在人口密度大的城市，仍然是以高層為主．住宅鋼結(jié)構(gòu)，具有柱子用量少，室內(nèi)有效使用空間大，房屋空間布置靈活，結(jié)構(gòu)性能好等優(yōu)點(diǎn)。它所選擇的結(jié)構(gòu)體系一般是：5—6層以下，框架體系或框架一支撐體系；6層以上，框架一支撐體系或框架一混凝土剪力墻(核心筒)體系；多層，大多采用雙重體系。鋼結(jié)構(gòu)住宅采用的框架柱有H型鋼柱，鋼管砼柱和鋼骨砼柱，后兩種為組合柱．在小高層建筑中，組合柱比H型鋼柱省鋼，進(jìn)而也就可以降低工程造價(jià)，但是，鋼骨砼柱的施工較鋼管混凝土柱施工復(fù)雜，因此，在住宅鋼結(jié)構(gòu)中推廣鋼管混凝土勢(shì)在必行。
三．鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向
1.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系抗震性能的研究。目前，對(duì)鋼管混凝土抗震性能的研究主要集中在基本構(gòu)件方面，而對(duì)由鋼管混凝土柱和鋼或鋼筋混凝土等形式的梁組成的框架結(jié)構(gòu)的抗震性能則很少涉及。今后應(yīng)開(kāi)展這方面的研究工作，并在充分考慮結(jié)構(gòu)空間作用的基礎(chǔ)上，提供合理的鋼管混凝土框架柱和節(jié)點(diǎn)的抗震技術(shù)參數(shù)，便于工程應(yīng)用。
2.在防火設(shè)計(jì)方面，要簡(jiǎn)化鋼管混凝土防火極限的設(shè)計(jì)方法，制定鋼結(jié)構(gòu)(鋼管混凝土結(jié)構(gòu))住宅建筑的防火設(shè)計(jì)規(guī)范。只有這樣，才能有助于推廣鋼管混凝土在住宅建筑中的應(yīng)用。
3.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)后的性能研究。火災(zāi)后鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的性能有其特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)合理地評(píng)估其強(qiáng)度，為該類(lèi)結(jié)構(gòu)的維修加固提供科學(xué)的依據(jù)。
4.節(jié)點(diǎn)動(dòng)力性能的研究。節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部位，也是施工的難點(diǎn)。對(duì)于鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)，其合理與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和整個(gè)工程的造價(jià)。
5.結(jié)合實(shí)際工程，進(jìn)一步完善鋼管混凝土住宅建筑的設(shè)計(jì)理論、不同類(lèi)型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)程，盡快編制各類(lèi)構(gòu)件的配套圖集。
此外，鋼結(jié)構(gòu)住宅對(duì)施工隊(duì)伍的施工技術(shù)要求比較高，而國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)主要進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)，因此應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)施工隊(duì)伍的培訓(xùn)，進(jìn)一步促進(jìn)鋼管混凝土在高層建筑中的發(fā)展與應(yīng)用。與鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)相比 鋼管混凝土是一種相對(duì)年輕的結(jié)構(gòu) 但它卻以其特殊的優(yōu)點(diǎn)，正愈來(lái)愈受到工程界的重視和青睞，相信隨著人們對(duì)鋼管混凝土這類(lèi)結(jié)構(gòu)的不斷認(rèn)識(shí)和了解，這類(lèi)結(jié)構(gòu)的科學(xué)研究必將更趨深入和完善，工程應(yīng)用必將更趨廣泛。
參考文獻(xiàn)：
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篇8
Keywords: steel tube concrete application advantages
中圖分類(lèi)號(hào)：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
引言
鋼管混凝土，是將混凝土填入薄壁鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料。因其承載力高、塑性和韌性好、制作和施工方便、耐火性能好、經(jīng)濟(jì)效果好等優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于各種建筑物中，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，成為目前結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向，有著廣闊的應(yīng)用前景。
1 鋼管混凝土的發(fā)展概況
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)和應(yīng)用已有上百年的歷史 最早的鋼管混凝土出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)八十年代，在英國(guó)，鋼管混凝土首次被用于橋墩的設(shè)計(jì)，它是在鋼管內(nèi)灌筑混凝土以防止銹蝕并承受壓力。隨后又被用作多層、高層建筑物的結(jié)構(gòu)柱。對(duì)鋼管混凝土力學(xué)性能進(jìn)行較為深入的研究始于20世紀(jì)六七十年代，美國(guó)等國(guó)家開(kāi)展了大量的鋼管混凝土試驗(yàn)研究和理論分析工作，取得了很大進(jìn)展。并在一些工程中加以應(yīng)用近些年來(lái)．對(duì)長(zhǎng)期荷載作用下的鋼管混凝土力學(xué)性能的研究取得新進(jìn)展。對(duì)鋼管混凝土動(dòng)力性能研究的也進(jìn)一步深入，此外，對(duì)采用高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)混凝土的鋼管混凝土構(gòu)件力學(xué)性能以及對(duì)鋼管局部屈曲等問(wèn)題也進(jìn)行了不少研究工作。我國(guó)最早主要集中研究在鋼管澆灌素混凝土的內(nèi)填型鋼管混凝結(jié)構(gòu)，60年代中期，鋼管混凝土開(kāi)始在一些廠房柱和地鐵工程中采用。進(jìn)入70年代后，這類(lèi)結(jié)構(gòu)在冶金、造船、電力等行業(yè)的工業(yè)廠房得到廣泛的推廣應(yīng)用。1978年，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)被列入國(guó)家科學(xué)發(fā)展規(guī)劃，使這一結(jié)構(gòu)在我國(guó)的發(fā)展進(jìn)入一個(gè)新階段，無(wú)論是科學(xué)研究還是設(shè)計(jì)施工都取得較大進(jìn)展，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
2 鋼管混凝土的特點(diǎn)
2．1 承載力高
鋼管和混凝土之間的相互作用使該組合結(jié)構(gòu)的承載力顯著提高。經(jīng)實(shí)驗(yàn)和理論分析證明鋼管混凝土受壓構(gòu)件強(qiáng)度承載力可以達(dá)到鋼管和混凝土單獨(dú)承載力之和的I．7～2．0 倍。
2.2 塑性和韌性好
鋼管的套箍作用，使核心混凝土的物理性能發(fā)生了質(zhì)的變化，不但在使用階段提高了彈性性質(zhì)， 而且破壞時(shí)產(chǎn)生很大的塑性變形，由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐模?構(gòu)件的延性明顯改善。試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼管混凝土軸心受壓短柱破壞時(shí)可以壓縮到原長(zhǎng)的三分之二，完全沒(méi)有脆性破壞的特征 這種新結(jié)構(gòu)在承受沖擊和振動(dòng)荷載時(shí)，也具有很大的韌性，因而抗震性能良好。
2．3 制作和施工方便
與現(xiàn)澆鋼筋混凝土柱相比，采用鋼管混凝土柱時(shí)沒(méi)有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序，施工簡(jiǎn)便。此外混凝土的澆灌更為方便，加快施工速度：與預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件相比，鋼管混凝土不需要構(gòu)件預(yù)制作場(chǎng)地：與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土的構(gòu)造通常更為簡(jiǎn)單，因而焊縫少，更易于制作。
2．4 耐火性能較好
鋼管混凝土的核心混凝土能吸收部分熱量，減慢鋼管的升溫速度，并且在鋼管部分屈服后還可以繼續(xù)承受軸向荷載， 防止結(jié)構(gòu)倒塌。另外鋼管混凝土構(gòu)件在急驟降溫(如消防沖水) 時(shí)不會(huì)發(fā)生鋼筋混凝土那樣爆裂， 說(shuō)明其防火性能比鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越。
2．5 經(jīng)濟(jì)效果好
采用鋼管混凝土具有很好的經(jīng)濟(jì)效果，大量工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明：采用鋼管混凝土的承壓構(gòu)件比普通鋼筋混凝土約可節(jié)約混凝土50％，減輕結(jié)構(gòu)自重50％左右 鋼材用量略高或約相等；和鋼結(jié)構(gòu)相比，呵節(jié)約鋼材50％左右。此外，由于在鋼管內(nèi)填充了混凝土，鋼管混凝土柱的防銹費(fèi)用會(huì)較空鋼管柱有所降低。
3 鋼管混凝土在建筑施工中的應(yīng)用
正是由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有優(yōu)越的力學(xué)性能和省工省料、施工快捷等特點(diǎn)，所以在國(guó)內(nèi)外的高層建筑和大跨度拱橋等結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。例如1997年10月建成的四川萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋跨度達(dá)到420米。據(jù)橋梁工程師們預(yù)測(cè)，采用鋼管混凝土拱橋結(jié)構(gòu)，單孔蹁有望達(dá)到500至600米高384米，采用鋼管混凝土柱建成的高層建筑也起來(lái)越多。其中江西華龍國(guó)際大廈位于江西南昌市繁華的老福山商貿(mào)區(qū)，總建筑面積為42000平方米，建筑總高度為120米，為江西省第一座高層鋼管混凝土柱鋼框架、混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)建筑。
3.1 施工過(guò)程受力分析
由于在進(jìn)行鋼管混凝土構(gòu)件施工時(shí)，一般郁是先發(fā)裝好兒層的。鋼管結(jié)構(gòu)，待幾層樓面結(jié)構(gòu)施工完后一次澆筑其中的混凝土，同時(shí)，在許多高層建筑的地下室施工中常采用逆作法或半逆作法，這樣鋼管往往又作為施工階段的支撐從而可能引起鋼管局部應(yīng)力集中或局部屈曲現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致鋼管脹裂。國(guó)內(nèi)某拱橋在進(jìn)行鋼管混凝土拱肋的施工時(shí)由于上述原因?qū)е铝吮苁鹿省ｄ摴芑炷两Y(jié)構(gòu)施工階段的力學(xué)分析問(wèn)題和安全性已經(jīng)受到工程界的高度重視。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)組合結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)問(wèn)題開(kāi)展了一些初步研究：如對(duì)方鋼管混凝土柱的施工力學(xué)分析：對(duì)異型帶肋組合墻結(jié)構(gòu)的施工力學(xué)分析；空鋼管在豎向施工荷載作用下管壁初應(yīng)力對(duì)鋼管混凝土后期承載力的影響等。
3.1施工質(zhì)量要求
3．1．1 鋼管的制作、連接等要求
有關(guān)鋼管的一些要求，均屬于構(gòu)造的基本要求，可以參考《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GBJ205-83)的有關(guān)內(nèi)容以及國(guó)內(nèi)已建鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工經(jīng)驗(yàn)。
3．1．2 混凝土澆灌及養(yǎng)護(hù)
由于鋼管混凝土具有很好的整體性和密閉性，所以對(duì)鋼管內(nèi)混凝土的澆灌質(zhì)量無(wú)法作直觀檢查，所以必須依靠嚴(yán)密的施工組織來(lái)保證其澆灌質(zhì)量。另外，由于鋼管混凝土構(gòu)件周身都為密閉，造成在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，構(gòu)件中間大部分地方均難以獲得充足的水分，混凝土硬化難以繼續(xù)，后期強(qiáng)度得不到保證。
4鋼管混凝土應(yīng)用存在問(wèn)題
盡管鋼管混凝土結(jié)構(gòu)有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于其特性以及發(fā)展還不完善，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題。
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接問(wèn)題
目前，鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究主要是針對(duì)具體工程而進(jìn)行的，試驗(yàn)研究缺乏系統(tǒng)性，節(jié)點(diǎn)的計(jì)算模型不明確，還沒(méi)有形成一套完整的計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法，往往只能依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行截面和配筋設(shè)計(jì)， 這不利于整個(gè)結(jié)構(gòu)的可靠度控制， 可能造成材料上的浪費(fèi)和安全隱患。另外節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)選型也較困難。由于穿心構(gòu)件對(duì)鋼管的削弱很?chē)?yán)重，影響鋼管的強(qiáng)度，并且不利于核心混凝土的澆筑，不方便施焊， 所以在設(shè)計(jì)上要避免。
(2)鋼管混凝土核心混凝土質(zhì)量控制問(wèn)題
鋼管混凝土內(nèi)的核心混凝土被鋼管所包裹，其澆注屬于隱蔽工程澆筑質(zhì)量很難控制。研究結(jié)果表明，混凝土密實(shí)度對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能影響很顯著。這種影響對(duì)軸壓短構(gòu)件相對(duì)較小， 對(duì)軸壓長(zhǎng)構(gòu)件相對(duì)較大，而對(duì)偏壓構(gòu)件影響最為顯著。所以在混凝土的施工過(guò)程中，既要保證混凝土的強(qiáng)度，還要保證混凝土的密實(shí)度，確保其力學(xué)性能不受影響。從減小變形和經(jīng)濟(jì)角度考慮，核心混凝土宜采用強(qiáng)度等級(jí)不低于C30的混凝土。
4 結(jié)語(yǔ)：
鋼管混凝土能夠適應(yīng)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)想大跨、高聳、重載發(fā)展和承受惡劣條件的要求，符合現(xiàn)代施工技術(shù)的工業(yè)化要求，因而正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于工業(yè)廠房，高層與超高層建筑、拱橋和地下結(jié)構(gòu)中，并已取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和建筑效果，是結(jié)構(gòu)工程科學(xué)中一個(gè)重要的發(fā)展方向。相信隨著對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)近一步的研究與探索，其優(yōu)點(diǎn)會(huì)充分體現(xiàn)出來(lái)，成為一種更加完善的結(jié)構(gòu)形式。
參考：
[1] 鐘善桐．高層鋼一混凝土組合[M]．華南理工大學(xué)出版社，2003．
篇9
1引言
由幾種不同受力性質(zhì)的建筑材料組成的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，在荷載作用下能夠共同受力、變形協(xié)調(diào)的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為組合結(jié)構(gòu)。鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)是指用型鋼或鋼板焊成鋼截面，在其上、四周或內(nèi)部澆灌混凝土使鋼與混凝土形成整體共同受力的結(jié)構(gòu)。這種組合結(jié)構(gòu)具有有效地節(jié)約鋼材和模板，充分發(fā)揮材料性能，抗震性能好，施工方便，降低造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。重點(diǎn)介紹鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、壓型鋼板—混凝土組合梁與鋼、混凝土組合板結(jié)構(gòu)的施工。為了使施工不受季節(jié)的影響，冬天的時(shí)候可以先安裝空鋼管骨架，等到春天的時(shí)候再進(jìn)行澆灌混凝土。鋼管在施工中起到很大的作用，它的吊裝質(zhì)量較輕，焊接工程量遠(yuǎn)比一般型鋼骨架少，還可以承受很大的重力。使用鋼管不但可以節(jié)省腳手架，還可以簡(jiǎn)化施工的安裝工藝，縮短工期。現(xiàn)在常見(jiàn)的橫截面形式主要有多邊形矩形和圓形。制作鋼管遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架便于澆筑混凝土、省料而且省工。鋼管混凝土除具有經(jīng)濟(jì)效果好、塑性和韌性好、耐火性好及承載力高等優(yōu)越的力學(xué)性能，鋼管它兼有橫向箍筋和縱筋的功能，而且還是耐側(cè)壓的模板，所以在澆灌混凝土?xí)r，可省去拆、支模板的料和工。
2鋼管的混凝土設(shè)計(jì)及施工工藝分析
鋼管中混凝土采用普通混凝土，其強(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30，為了達(dá)到與原材料等強(qiáng)的要求，焊接時(shí)一定要采用對(duì)接焊縫，也可以采用螺旋形縫焊接管、無(wú)縫鋼管和直縫焊接管。
2.1建筑工程鋼管柱吊裝
在采用預(yù)制鋼管混凝土構(gòu)件時(shí)，要先等到鋼管里的混凝土的強(qiáng)度達(dá)到50%，這樣才可以進(jìn)行吊裝，吊裝時(shí)還要密封。防止異物落入鋼管內(nèi)。在吊裝時(shí)一定要應(yīng)注意吊裝在荷載作用下是否變形，根據(jù)鋼管的穩(wěn)定性和它的強(qiáng)度計(jì)算可以確定吊點(diǎn)的位置。在鋼管吊裝一切都結(jié)束后，必須要馬上進(jìn)行檢驗(yàn)和校正，一定要保證構(gòu)件的穩(wěn)定性。
2.2建筑工程鋼管的制作工藝技術(shù)
鋼結(jié)構(gòu)采用手工焊接及滾床卷管時(shí)，應(yīng)采用直流電焊機(jī)進(jìn)行反接焊接施工。焊縫的質(zhì)量一定要滿(mǎn)足二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。鋼板的壓延方向要與卷管的方向保持一致。必須保證鋼管內(nèi)不得有油漬等污物，核心混凝土與鋼管內(nèi)壁緊密黏結(jié)。在卷板過(guò)程中，應(yīng)注意管軸線(xiàn)與保證管端平面垂直。在卷制鋼管的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)鋼管拼接的軸線(xiàn)要求，讓鋼管坡口端應(yīng)與管軸線(xiàn)嚴(yán)格保持垂直。根據(jù)不同的板厚，焊接的坡口應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。工廠里提供的鋼管一定要有出廠合格證。施工單位在自行卷制鋼管的時(shí)候，一定不要使用有損壞或生銹的鋼板，鋼板必須平直，而且還要有試驗(yàn)報(bào)告單或出廠證明書(shū)。
2.3建筑工程鋼管拼接組裝
焊接時(shí)，可以對(duì)大直徑鋼管可另用附加鋼筋焊于鋼管外壁作臨時(shí)固定連焊，對(duì)小直徑鋼管采用點(diǎn)焊定位，固定點(diǎn)的間距可取300mm左右，且不得少于3點(diǎn)。在肢管的對(duì)接的時(shí)候，它的間隙要放大0.5～2.0mm，這樣可以抵消收縮的變形，試焊的結(jié)果可以確定它的具體數(shù)據(jù)。如果在焊接和對(duì)接的時(shí)候發(fā)現(xiàn)很小的裂縫，這個(gè)很小的裂縫我們也不能忽略，一定要把裂縫的地方鏟除重焊。鋼管在對(duì)接時(shí)最好采用分段的順序而且還要保持對(duì)稱(chēng)，以免對(duì)肢管產(chǎn)生影響，鋼管對(duì)接時(shí)焊后的管肢一定要保持平直。格構(gòu)柱腹桿和肢管的組裝順序必須嚴(yán)格按照原來(lái)的工藝設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行。腹桿與肢管角度的連接尺寸必須準(zhǔn)確。鋼管格和鋼管構(gòu)柱的長(zhǎng)度可在現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加長(zhǎng)，最好不長(zhǎng)于12m是最合適的，也可以根據(jù)它的吊裝條件和運(yùn)輸條件確定。為了確保連接處焊縫的質(zhì)量，所有綴件的組裝和格構(gòu)柱的肢管一定要按照工藝設(shè)計(jì)的要求去做。在管內(nèi)連接處設(shè)置附加襯管，這樣可以更好的保證質(zhì)量。所有的鋼管構(gòu)件必須在焊縫檢查后才可以進(jìn)行防腐處理。肢管與腹桿連接處的間隙應(yīng)按板全展開(kāi)圖進(jìn)行放樣。另外，還要考慮焊接變形的影響。
3鋼管混凝土澆筑技術(shù)的方法
管內(nèi)混凝土可采用高位拋落無(wú)振搗法、立式手工澆搗法或泵送頂升澆筑法。
3.1高位拋落無(wú)振搗法
用此法澆筑時(shí)，混凝士的水灰比不大于0.45，粗骨料粒徑采用5～30mm，坍落度不小于150mm。在澆筑時(shí)要連續(xù)進(jìn)行不能停，如果在必須要間歇的時(shí)候，時(shí)間一定不要超過(guò)混凝土的終凝時(shí)間。高位拋落無(wú)振搗法用于高度不小于4m、管徑大于350mm的情況，它的目的是利用下落時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能達(dá)到振實(shí)混凝土。如果在拋落的高度不足4m區(qū)段內(nèi)，一定要采用內(nèi)部振搗器來(lái)振實(shí)，振搗的時(shí)間最好為30～45s。當(dāng)混凝土澆灌到鋼管頂端時(shí)，要等到混凝土的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的50%后，在將混凝土澆灌到稍低于鋼管口的位置，這樣才能將封頂板或?qū)娱g橫隔板一次封焊到位。也可將層間橫隔板或封頂板按設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行補(bǔ)焊，這樣就能使混凝土稍微溢出后再將留有排氣孔的封頂板或?qū)娱g橫隔板緊壓在管端。混凝土要由頂端管口連續(xù)注入管內(nèi)，可以采用料斗裝填也可用泵車(chē)從地面泵至柱頂。為了方便混凝土在下落時(shí)空氣能夠順利排出，每一次拋落的混凝土最好在0.7m3左右，而且料斗的下口尺寸要比鋼管直徑小100～200mm。在需留施工縫時(shí)，應(yīng)將管口封閉，防止油、水和異物等落人。為了避免自由下落時(shí)混凝土骨料產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象，要先澆灌一層厚度為10～20cm的水泥漿和混凝土強(qiáng)度等級(jí)相同的。如果發(fā)現(xiàn)有不密實(shí)的地方，可以采用鉆孔壓漿法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，然后將鉆孔補(bǔ)焊封固。澆灌質(zhì)量可以先用敲擊鋼管的方法來(lái)進(jìn)行初步檢查，如果發(fā)現(xiàn)有異常，在用超聲脈沖技術(shù)來(lái)檢測(cè)。
3.2立式手工澆灌法
立式手工澆筑法，粗骨料粒徑可以采用10.40mm，它的水灰比要不大于0.4且混凝土的坍落度要在2～4cm內(nèi)；如果有穿心部件時(shí)，它的粗骨料粒徑宜減小為5～20mm，坍落度宜不小于l5cm。管內(nèi)混凝土自鋼管上口澆入，用振搗器振搗。在管徑小于350min時(shí)，我們可以采用外部振搗器進(jìn)行振搗。它的工作范圍是以鋼管的橫向振幅不小于0.3mm為有效。外部的振搗器位置應(yīng)該隨著混凝土澆筑的進(jìn)展加以調(diào)整。它的振搗的時(shí)間一定要不小于1min。每一次澆灌的高度不能大于2.3m柱長(zhǎng)并且一定要在振搗器的有效工作范圍內(nèi)。在管徑大于350mm時(shí)，要采用內(nèi)部振搗器，它的振搗時(shí)間不少于30s且一次的澆筑高度不宜大于2m。
3.3泵送頂升澆筑法
用此法澆筑混凝土的粗骨料粒徑采用5—30mm，水灰比不大于0.45，坍落度不小于150mm，而且需要有較好的流動(dòng)性，但管壁要有良好的黏結(jié)且縮亦要小。鋼管的直徑宜不小于泵徑的兩倍。為了避免在拆除進(jìn)料支管時(shí)混凝土回流，我們可以在進(jìn)料支管上設(shè)一個(gè)止流閘門(mén)。當(dāng)混凝土澆筑結(jié)束時(shí)，為了控制泵壓，一定要等2～3min，然后打開(kāi)止流閘門(mén)，這些都結(jié)束后才可以拆除混凝土輸送管。而且還要等到管內(nèi)混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度達(dá)到70%后，然后在切除進(jìn)料的支管且補(bǔ)焊洞口管壁，在修補(bǔ)焊洞口的時(shí)候，要采用原來(lái)開(kāi)洞時(shí)切下的鋼板。此方法不可進(jìn)行外部振搗，以免泵送急劇上升甚至導(dǎo)致中斷澆筑。此方法就是在鋼管接近地面的適當(dāng)位置上安裝一個(gè)帶閘門(mén)的進(jìn)料支管，讓它與泵車(chē)的輸送管相連，并且利用泵車(chē)的壓力來(lái)不斷地灌入鋼管，這個(gè)方法不需要振搗。
4結(jié)束語(yǔ)
隨著理論研究的深入和新的施工工藝的產(chǎn)生，鋼材和混凝土兩種材料各自的優(yōu)點(diǎn)有效地發(fā)揮出來(lái)，在工程中起到了有效的作用。鋼管混凝的產(chǎn)生是由混凝土填入鋼管內(nèi)而形成的一種新型的組合結(jié)構(gòu)，同時(shí)也克服了鋼管結(jié)構(gòu)容易發(fā)生局部屈曲的缺點(diǎn)，在工程中得到廣泛的應(yīng)用。
篇10
一、鋼管混凝土的優(yōu)點(diǎn)
（1）受力合理,在鋼管混凝土施工和使用的過(guò)程中，由于其隨著鋼管管材的影響而在使用的過(guò)程中受力均勻合理，使得其大大的提高了混凝土的受力過(guò)程，增加了建筑物的質(zhì)量保證，從而使構(gòu)件的承載能力大大提高。在另外一方面，由于在混凝土施工的過(guò)程中各種施工手段和裂縫形式是影響當(dāng)前建筑物的主要缺陷，鋼管混凝土由于其受力均勻，避免了其由于承壓不足而出現(xiàn)的裂縫，在一定程度上降低了混凝土裂縫。對(duì)混凝土來(lái)說(shuō),由于鋼管約束,改變了受力性能,變單向受壓為三向受壓,這樣提高了混凝土的抗壓能力，更是加強(qiáng)了其承壓過(guò)程，被各種道路和橋梁施工中廣泛的使用。使混凝土抗壓強(qiáng)度提高了幾倍。對(duì)鋼管來(lái)說(shuō),薄壁鋼構(gòu)件對(duì)于局部缺陷特別敏感。薄壁鋼管也不例外,局部缺陷特別是不對(duì)稱(chēng)缺陷的存在,將使實(shí)際的穩(wěn)定承載力比理論值小得多。由于混凝土充填了鋼管,保證了薄壁鋼管的局部穩(wěn)定,使其弱點(diǎn)得到了彌補(bǔ)。
（2）具有良好的塑性性能。混凝土是脆性材料,混凝土的破壞具有明顯的脆性性質(zhì),即使是鋼筋混凝土受壓構(gòu)件,尤其是軸心受壓及小偏心受壓構(gòu)件的破壞,也是脆性破壞。而且在實(shí)際工程中軸心受壓、小偏心受壓的情況往往實(shí)際上是不可避免的,甚至是大量的。而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中,由于核心混凝土是處于三向約束狀態(tài),約束混凝土與普通混凝土不同,不僅改善了使用階段的彈性性質(zhì),而且在破壞時(shí)產(chǎn)生很大的塑性變形,鋼管混凝土柱的破壞,完全沒(méi)有脆性特征,屬于塑性破壞。
此外,這種結(jié)構(gòu)具有良好的抗疲勞、耐沖擊的性能。
（3）施工簡(jiǎn)單,縮短工期。鋼管本身就是模板,因此比鋼筋混凝土構(gòu)件省去了模板。鋼管本身既是縱筋又是箍筋,這樣便省去了模板的制作安裝工作。鋼管的制作比鋼筋骨架的制作安裝也簡(jiǎn)單,并且鋼管本身在施工階段即可作為承重骨架,可以節(jié)省腳手架。這些方面對(duì)施工都大為有利,不僅節(jié)省了大量施工中的材料,減少了施工工作量,而且大大減少了現(xiàn)場(chǎng)露天工作,改善了工作條件,同時(shí)也加快了施工、縮短工期。
（4）獲得了很好的經(jīng)濟(jì)效果。與鋼結(jié)構(gòu)相比,節(jié)約了大量鋼材。根據(jù)多項(xiàng)工程統(tǒng)計(jì),鋼管混凝土大約能節(jié)省鋼材50%,因而相應(yīng)地也降低了造價(jià)。與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,大約可減少混凝土量的一半,而用鋼量大致相當(dāng)。這樣隨之帶來(lái)的優(yōu)越性是構(gòu)件自身大大減輕、構(gòu)件斷面大大減小,減少了結(jié)構(gòu)占地面積。由于省去了大量的模板,節(jié)省了大量木材,降低了費(fèi)用,因此其取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。
（5）具有良好的抗震性能。由于結(jié)構(gòu)自重大大減輕,這對(duì)減小地震作用大為有利。結(jié)構(gòu)具有良好的延性,這在抗震設(shè)計(jì)中是極為重要的。而對(duì)于一般鋼筋混凝土柱,尤其是軸壓和小偏心受壓柱是難以克服的缺點(diǎn)。
由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有一系列的優(yōu)點(diǎn),因此被廣泛采用于多高層建筑、橋梁結(jié)構(gòu)、地鐵車(chē)站及各種重型、大跨的工業(yè)廠房以及高聳塔架等建筑物。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)外應(yīng)用已有近百年歷史,20世紀(jì)初,美國(guó)就在一些單層和多層房屋中采用鋼管混凝土柱。
二、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在多層建筑中的應(yīng)用
1984年在上海建成的基礎(chǔ)公司特種基礎(chǔ)研究所科研樓,地下2層,地上5層均為雙跨鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)。邊柱與中柱分別為令299與個(gè)35l的鋼管混凝土柱,可見(jiàn)柱斷面及結(jié)構(gòu)占地面積均比鋼筋混凝土框架柱為小。廈門(mén)埠康大廈,高86.5m,地上25層,其中12層采用了鋼管混凝土柱。惠州嘉駿大廈28層,全部柱子采用鋼管混凝土柱。惠州富紳商住樓28層,地下2層、地上3層全部柱子采用了鋼管混凝土柱。這些高層建筑中采用鋼管混凝土柱不僅節(jié)約材料、減輕自重、縮短工期,并且如果采用鋼筋混凝土,柱斷面尤其是底下數(shù)層柱的斷面將會(huì)很大,結(jié)構(gòu)占據(jù)了很大的使用面積,也給使用帶來(lái)諸多不便。
三、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在公共建筑中的應(yīng)用
北京地鐵車(chē)站站臺(tái)柱。在北京地鐵車(chē)站站臺(tái)中廣泛采用了鋼管混凝土柱,不僅充分發(fā)揮了其優(yōu)良的受力性能,也獲得美好的景觀,縮短了工期。首鋼陶樓展覽館,全部柱子也采用了鋼管混凝土柱。江西省體育館的屋蓋由跨度為88m的拱懸掛。拱采用箱形截面,分別用四根鋼管置于箱形截面的四角,用角鋼做腹桿組成了箱形截面拱。四角鋼管中澆筑混凝土,以此箱形拱為依托,掛上模板,澆灌混凝土以形成鋼筋混凝土箱形截面拱。這樣解決了如此高大拱體現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土的困難。充分體現(xiàn)了前述鋼管可作為施工時(shí)承重骨架的優(yōu)越性。這一結(jié)構(gòu),實(shí)際上是鋼管混凝土與空腹桁架配鋼的型鋼混凝土結(jié)構(gòu)的巧妙結(jié)合與新的發(fā)展。
四、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)
除廣泛應(yīng)用于多高層民用建筑、公共建筑及工業(yè)廠房以及橋梁中外,也經(jīng)常用于各種設(shè)備支架、塔架、通廊與倉(cāng)庫(kù)支柱等各種構(gòu)筑物中。
篇11
1 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
1.1 承載力高、延性好、抗震性強(qiáng)
鋼管對(duì)于其內(nèi)部的混凝土來(lái)說(shuō)可起到約束作用，可使混泥土處于三向受壓的狀態(tài)，這種狀態(tài)下的混凝土要更加耐壓。同時(shí)，鋼管由于內(nèi)部混凝土的填充又會(huì)使其減少局部屈曲的發(fā)生。通過(guò)鋼管和混凝土之間的相互作用，還可以使鋼管內(nèi)混凝土的脆性破壞變成塑形破壞，使構(gòu)建的延性性能和耗能能力都得到改善，有較強(qiáng)的抗震性。
1.2 施工方便，使工期大大縮短
在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工過(guò)程中，鋼管可以扮演勁性骨架的角色，承擔(dān)施工階段的結(jié)構(gòu)重量和施工荷載，減少混凝土養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，使施工不受其影響。因?yàn)殇摴芑炷羶?nèi)部沒(méi)有鋼筋，因此也更方便對(duì)混凝土進(jìn)行搗實(shí)和澆筑。另外，因?yàn)殇摴芑炷两Y(jié)構(gòu)在施工時(shí)不需要模板，所以可以節(jié)省大量的時(shí)間，也能夠大量的材料和人工費(fèi)用。
1.3 有利于鋼管的防火與抗火
因?yàn)殇摴軆?nèi)填有混凝土，可以吸收熱能，所以在遇到火災(zāi)時(shí)，管面截面的溫度場(chǎng)分布就會(huì)不均勻，這樣一來(lái)就可以使柱子的耐火時(shí)間增加，放慢鋼柱的升溫速度，就算鋼柱發(fā)生屈服，其中的混凝土也能承受大部分的軸向荷載，可以有效地防止結(jié)構(gòu)的倒塌。同時(shí)，由于鋼梁的溫度也會(huì)隨著熱量由頂部翼緣向混凝土的傳遞而逐漸降低，是組合梁的耐火能力得到提高。
1.4 耐腐蝕性能優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)
由于在鋼管內(nèi)澆筑混凝土使得鋼管外露的面積與鋼結(jié)構(gòu)相比相對(duì)較少，因此受外界氣體腐蝕的面積少，所以用于防腐和抗腐的費(fèi)用也會(huì)較少。而且鋼管混凝土構(gòu)件的截面形式對(duì)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能、施工工期和難易程度以及工程造價(jià)等方面都有影響。例如，圓鋼管混凝土的圓鋼管可以很好的約束其內(nèi)部的混凝土，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，以增強(qiáng)其抗壓強(qiáng)度，但是實(shí)際施工的難度較大，成本也比較高。而方鋼管混凝土的施工難度小，成本低，但是其自身的承載力不高。
2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在民用建筑工程中的實(shí)踐
2.1 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)，用鋼量低
除了深圳賽格廣場(chǎng)大廈之外，我國(guó)其他大多數(shù)地方的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)工程都普遍采用了鋼管混凝注，而梁板仍然采用普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。在民用高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，會(huì)將消防梯和電梯井道組成混凝土核心，并利用其作為抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，并且包括樓板在內(nèi)的以承重垂直為主的鋼框架就全部采用鋼混組合結(jié)構(gòu)。
2.2 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)，建筑物自重大幅下降
若采用鋼管混凝土柱、鋼一混凝土組合梁板結(jié)構(gòu)房屋的話(huà)，建筑物的自重會(huì)處于1.0t/m2-1.11t/m2之間，如果不計(jì)算筒體的多層框架結(jié)構(gòu)的話(huà)，建筑物的自重會(huì)更輕，例如庫(kù)爾勒住宅樓，它的自重是0.76t/m2。這樣一來(lái)，建筑物的自重就會(huì)比傳統(tǒng)的采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的自重輕上30%以上。因此會(huì)使樁的用量減少，地基負(fù)荷減少，也會(huì)減小筏板基礎(chǔ)的厚度，從而使工程造價(jià)降低。
2.3 采用鋼管混凝土柱.可增加有效使用面積
與鋼筋混凝土相比，鋼管混凝土的承載能力更強(qiáng)，可以達(dá)到單獨(dú)的鋼管或者單獨(dú)的混凝土的承載力之和的1.7-2.0倍，可以鋼管混凝土不受軸壓比的限制，所以將鋼管混凝土應(yīng)用到高層建筑中，可以將截面減少到50%以上。例如，有專(zhuān)家曾經(jīng)對(duì)深圳賽格廣場(chǎng)大廈進(jìn)行計(jì)算，它的最大柱受力N=9×104kN，柱斷面Ф1600×28，若果采用的是鋼筋混凝土的話(huà)，其斷面是2.4m×2.2m，要是采用的是鋼管混凝土柱的話(huà)，其截面會(huì)減少62%，從而會(huì)大大增加建筑物的可用面積達(dá)到8000O。
2.4 采用鋼管混凝土柱、輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)施工方便、速度快
在設(shè)計(jì)鋼管混凝土柱，輕鋼組合梁板結(jié)構(gòu)時(shí)，需要做到節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一和構(gòu)件統(tǒng)一，只有做到這兩點(diǎn)才會(huì)使工廠制作的難度降低，使施工更方便，并能夠使室外作業(yè)工廠化，高空作業(yè)地面化。例如陸海城工程的6幢樓統(tǒng)一采用300鋼管混凝土立柱，只是對(duì)鋼管混凝土立柱的厚度進(jìn)行改變而不改變其直徑。梁則全部采用H一320×150×5×8這一種規(guī)格。而鋼質(zhì)樓承板也是通過(guò)供貨商統(tǒng)一定尺切割成型的，只需要在施工現(xiàn)場(chǎng)用栓釘將其固定住就可以了，因此在整個(gè)安裝施工的過(guò)程中，所有工序都比較方便。而且鋼管本身的剛度高，質(zhì)量輕也不容易變形，因此對(duì)其的運(yùn)輸?shù)跹b也比較方便，一般控制在3層樓一節(jié)用耳板定位，所以現(xiàn)場(chǎng)的焊接工作也會(huì)比較輕松。除此之外，鋼管混凝土柱也不用進(jìn)行鋼筋和綁扎和支模拆模等復(fù)雜的工序，相比混凝土土柱來(lái)說(shuō)，施工方便，可以根據(jù)工程的實(shí)際情況對(duì)管內(nèi)的混凝土可以采用泵送頂升法、高空拋落不振和手工逐段澆搗等方法進(jìn)行澆灌。舉目前正在施工的精工商務(wù)大廈為例，Ф500的鋼管混凝土采用了泵送混凝土逐段澆搗法，其施工過(guò)程十分的方便快捷。和梁連接的柱上下之間加強(qiáng)環(huán)板，因其接點(diǎn)統(tǒng)一，所以可以在工廠中沖壓成型，進(jìn)行批量化的生存。而且依據(jù)實(shí)際需要，事先焊在鋼管柱上，用高強(qiáng)螺栓將框架梁腹板進(jìn)行聯(lián)結(jié)，上下異緣剖口對(duì)接，這樣施工起來(lái)也相當(dāng)?shù)姆奖恪ｄ撡|(zhì)樓承板的鋪設(shè)不僅不需要進(jìn)行支模、拆模等復(fù)雜的工序，而且還會(huì)節(jié)省掉樓板底部受拉鋼筋，使施工更加方便，將大大提升現(xiàn)場(chǎng)的施工速度。
3 結(jié)語(yǔ)
從我國(guó)實(shí)行改革開(kāi)放政策以來(lái)，民用建筑工程行業(yè)就迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇，以北京、上海、深圳等地的民用建筑發(fā)展最為突出。它們相繼建成了數(shù)百幢鋼結(jié)構(gòu)高層建筑，層數(shù)累計(jì)起來(lái)已經(jīng)超過(guò)90余層，總建筑面積將近200×104O，但是這些建筑的造價(jià)之高有嚴(yán)重影響了鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展的廣泛性，尤其是在低層的民用建筑中，建造商一般都不愿意采用鋼結(jié)構(gòu)。近幾年，鋼一混凝土結(jié)構(gòu)體系憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)逐漸被建筑商所重視，被廣泛應(yīng)用于民用建筑工程之中。有些專(zhuān)業(yè)對(duì)已經(jīng)竣工的森茂大廈、世界廣場(chǎng)、商辦大樓進(jìn)行造價(jià)統(tǒng)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，鋼一混凝土結(jié)構(gòu)體系在工程造價(jià)方面的優(yōu)勢(shì)十分明顯的，在加上其其他的綜合優(yōu)勢(shì)勢(shì)必會(huì)對(duì)我國(guó)民用建筑行業(yè)的發(fā)展起到巨大的推動(dòng)作用，勢(shì)必會(huì)帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。
篇12
中空夾層鋼管混凝土，是將內(nèi)外兩根鋼管以相同的形心放置后，在兩鋼管夾層間灌注混凝土而形成的整體受力構(gòu)件。作為一種新型的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)形式，它是在實(shí)心鋼管混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。中空夾層鋼管混凝土內(nèi)、外鋼管可采用不同的截面形式，常用的鋼管截面形式有圓形、方形和矩形，將其中任意兩種兩兩組合，可以得出該類(lèi)構(gòu)件的多種截面類(lèi)型。目前，海內(nèi)外的專(zhuān)家學(xué)者主要研究的是以下五類(lèi)截面。相比方、矩形截面來(lái)講，圓形截面更不易發(fā)生局部屈曲，因此將圓形截面作為中空夾層鋼管混凝土的鋼管更有利，同時(shí)方形鋼管作為外管有利于梁柱節(jié)點(diǎn)的連接。
2?研究現(xiàn)狀
文獻(xiàn)[1]進(jìn)行了圓中空夾層鋼管混凝土軸壓短試件的力學(xué)性能試驗(yàn)，其截面形式如圖1-3（a）所示，其鋼管的徑厚比（D/t，D為圓鋼管的外徑，t為圓鋼管的壁厚）范圍為43~169。構(gòu)件在兩層鋼管之間灌注的混凝土為樹(shù)脂混凝土，混凝土的圓柱體抗壓強(qiáng)度為58.6Mpa。試驗(yàn)中進(jìn)行的一次軸壓加載的試驗(yàn)結(jié)果表明：試驗(yàn)時(shí)構(gòu)件的荷載—變形關(guān)系在加載后期基本都出現(xiàn)了下降段，其軸壓極限承載力比鋼管和混凝土二者疊加的承載力要高出10~30%，同時(shí)在承載力峰值點(diǎn)處的應(yīng)變值達(dá)到了1%，大于鋼管或混凝土單獨(dú)加載時(shí)各自峰值點(diǎn)處的應(yīng)變值。試驗(yàn)結(jié)果還表明，鋼管和混凝土之間的相互作用使得鋼管的局部屈曲大大延遲，在鋼管發(fā)生局部屈曲后，由于混凝土的存在使得鋼管的屈曲發(fā)展較慢，這種情況一直保持到混凝土被壓碎。對(duì)中空夾層鋼管混凝土軸壓構(gòu)件的荷載-變形關(guān)系進(jìn)行了初步分析，分析時(shí)考慮了鋼管和混凝土之間的相互作用力。由于采用的分析方法無(wú)法考慮混凝土破壞后的情況，因而提供的方法僅能計(jì)算出構(gòu)件的荷載-變形關(guān)系至峰值點(diǎn)處，無(wú)法更進(jìn)一步準(zhǔn)確的模擬出構(gòu)件荷載—變形關(guān)系的下降段。
文獻(xiàn)[2]報(bào)道了6個(gè)圓中空夾層鋼管混凝土試件軸壓力學(xué)性能的試驗(yàn)研究結(jié)果。試驗(yàn)過(guò)程中的主要變化參數(shù)為內(nèi)管和外管所用的鋼管尺寸大小，其鋼管徑厚比的變化范圍大致為19~57。試驗(yàn)結(jié)果表明：試件具有很好的延性和能量吸收性能。試件的外管在試驗(yàn)過(guò)程中的破壞形態(tài)和普通鋼管混凝土的外包鋼管相類(lèi)似，呈象腿狀，但內(nèi)管的破壞情況卻有所不同，呈扭曲的鉆石狀。
文獻(xiàn)[3]共進(jìn)行了8個(gè)方中空夾層鋼管混凝土軸壓短試件的試驗(yàn)研究。在制作試件時(shí)，其所用的方管為冷彎薄壁型鋼，方管的寬厚比（B/t，B為方鋼管的外邊長(zhǎng)，t為方鋼管的壁厚）范圍為11~50。試驗(yàn)結(jié)果表明方中空夾層鋼管混凝土試件與空鋼管相比具有很好的延性和能量吸收性能。
文獻(xiàn)[4]進(jìn)行了5個(gè)中空夾層鋼管混凝土試件的試驗(yàn)研究，表明中空夾層鋼管混凝土試件在破壞時(shí)的跨中撓度要比空鋼管試件高2倍左右。
文獻(xiàn)[5]對(duì)圓中空夾層鋼管混凝土壓彎構(gòu)件的滯回性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)是以一個(gè)實(shí)橋的橋墩為原始模型，按1:10的比例共制作了4個(gè)中空夾層鋼管混凝土試件和2個(gè)鋼管混凝土對(duì)比試件。試驗(yàn)結(jié)果表明，中空夾層鋼管混凝土試件的截面中空并未影響其變形能力，其極限承載力比相同外管的鋼管混凝土試件高。
文獻(xiàn)[6]對(duì)寬厚比為62.2、46.6、40的方中空夾層鋼管混凝土構(gòu)件固定軸力施加循環(huán)荷載時(shí)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)寬厚比為40時(shí)，中空夾層鋼管混凝土試件不論在強(qiáng)度、延性及自重減輕上都有很好的效果。
文獻(xiàn)[7]的研究表明中空夾層鋼管混凝土柱的峰值應(yīng)變約為無(wú)約束混凝土的1.6到2.3倍，表明混凝土受到了良好的約束。而中空夾層鋼管混凝土柱的綜合彈性模量為實(shí)心鋼管混凝土柱的1.5倍以上，表明中空夾層鋼管混凝土有著良好的軸向剛度。另外中空夾層鋼管混凝土的抗彎能力也高于實(shí)心鋼管混凝土。
3?研究展望
作為一種新型結(jié)構(gòu)，有關(guān)中空夾層鋼管混凝土的研究還有許多急需解決的課題，應(yīng)開(kāi)展以下幾方面的研究工作。：
（1）中空夾層鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)、框架和結(jié)構(gòu)體系的研究。作為一種新型的結(jié)構(gòu)形式，要在工程中將其推廣應(yīng)用的話(huà)，需要對(duì)節(jié)點(diǎn)、框架和結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
（2）長(zhǎng)期荷載作用和復(fù)雜受力狀態(tài)下的影響。在橋梁、高層和超高層建筑結(jié)構(gòu)中使用中空夾層鋼管混凝土?xí)r，需要考慮長(zhǎng)期荷載以及壓彎剪扭等復(fù)雜受力作用下對(duì)其力學(xué)性能的影響。
（3）耐火性能和抗火設(shè)計(jì)方法的研究。在建筑結(jié)構(gòu)中使用中空夾層鋼管混凝土?xí)r，需要考慮突發(fā)火災(zāi)事故后承載力降低和整體結(jié)構(gòu)安全性降低等問(wèn)題，因此要對(duì)它的耐火性能和抗火設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究。
（4）界面損傷與承載力的關(guān)系。由于具有外管和內(nèi)管，中空夾層鋼管混凝土中混凝土與鋼之間的界面面積比實(shí)心鋼管混凝土大，因此應(yīng)該對(duì)中空夾層鋼管混凝土的界面損傷與承載力的關(guān)系進(jìn)行研究。
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篇13
經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展, 鋼管混凝土的研究在我國(guó)日趨完善和深入。特別是近20 年, 不斷地取得了很多杰出的成果, 在構(gòu)件性能和理論研究方面已經(jīng)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。同時(shí)在工程應(yīng)用方面也做出了突出的貢獻(xiàn)。
一、關(guān)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特征分析
1.施工方便快捷。鋼管混凝土柱由于零件少, 焊縫少, 構(gòu)造簡(jiǎn)單, 同時(shí)構(gòu)件自重輕, 運(yùn)輸和吊裝容易, 可以采用“逆作法”或“半逆作法”施工工藝, 因而施工方便快捷。與鋼筋混凝土柱相比, 沒(méi)有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序, 施工簡(jiǎn)單；鋼管內(nèi)無(wú)鋼筋, 混凝土澆灌、振搗容易。在管柱下部開(kāi)臨時(shí)澆灌孔, 用泵送頂升法自下而上灌注混凝土, 既方便快捷又容易保證澆灌質(zhì)量。而且在澆筑后鋼管內(nèi)處于相當(dāng)穩(wěn)定的濕度條件, 水分不易蒸發(fā),省去了澆水養(yǎng)護(hù)。我國(guó)創(chuàng)造并廣泛使用的高位拋落免振搗混凝土施工方法,更是簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)澆灌混凝土的工序, 方便了施工。
2.耐火性能和火災(zāi)后性能好。鋼管內(nèi)所灌混凝土相對(duì)鋼材具有較大的熱容量, 能吸收大量的熱量。在遭受火災(zāi)時(shí), 外部鋼管雖然升溫較快, 但內(nèi)部混凝土升溫滯后, 仍具有一定的承載力, 因而增加了柱子的耐火時(shí)間, 相對(duì)鋼結(jié)構(gòu)可以大量節(jié)約防火涂料。此外, 火災(zāi)后, 隨著外界溫度的降低, 已屈服鋼管的強(qiáng)度可以得到一定程度的恢復(fù), 截面的力學(xué)性能相對(duì)高溫下有所改善, 因而鋼管混凝土具有良好的火災(zāi)后性能。這不僅為結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)提供了一個(gè)較為安全的工作環(huán)境, 也可減少補(bǔ)強(qiáng)工作量, 降低維護(hù)費(fèi)用。
二、關(guān)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中的應(yīng)用分析
1.鋼管混凝土在拱橋中的應(yīng)用。將鋼管混凝土用于拱橋, 符合拱橋設(shè)計(jì)中要求材料高強(qiáng)、拱圈無(wú)支架施工及輕型化的發(fā)展方向. 我國(guó)采用鋼管混凝土拱橋是從上個(gè)世紀(jì)80年代開(kāi)始的, 某縣東河大橋是采用鋼管混凝土拱肋的公路拱橋, 凈跨度為115m, 為下承式拱。近十幾年以來(lái), 鋼管混凝土拱橋在我國(guó)公路和城市橋梁中發(fā)展十分迅速。鋼管混凝土拱橋一般分為兩類(lèi), 一種是將鋼管混凝土直接用作拱橋結(jié)構(gòu)的主要受力部分, 同時(shí)也作為結(jié)構(gòu)施工時(shí)的勁性骨架, 截面設(shè)計(jì)由前者控制；另一種是先將鋼管用于施工時(shí)的勁性骨架, 然后再內(nèi)灌混凝土并與外包混凝同形成斷面, 鋼管混凝土參與拱橋建成后的受力、截面設(shè)計(jì)以及施工階段控制。直接以鋼管混凝土為勁性骨架的最大跨度拱橋是萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋, 跨度420m, 也是世界上目前跨度最大的拱橋。
2.鋼管混凝土在高層建筑中的應(yīng)用。鋼管混凝土用于高層建筑的柱結(jié)構(gòu)和抗側(cè)力體系, 可使構(gòu)件截面減小, 節(jié)約建筑材料, 增加使用空間, 且構(gòu)件自重減輕, 從而可減小基礎(chǔ)的負(fù)擔(dān)和造價(jià)。同時(shí), 鋼管混凝土抗震性能好, 耐火性能優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu), 相對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)可降低防火造價(jià)。由于鋼管混凝土中的鋼管可作為施工期間的支架, 從而可采用“逆作法”或“半逆作法”的施工方法, 大大加快施工速度, 降低施工費(fèi)用。我國(guó)自上個(gè)世紀(jì)90年代初開(kāi)始將鋼管混凝土應(yīng)用于高層建筑。全部或部分采用鋼管混凝土的高層建筑已有近100幢.我國(guó)鋼管混凝土應(yīng)用于超高層建筑中規(guī)模最大的是某廣場(chǎng), 共40層, 地上部分高200.6m,建筑面積共15. 5萬(wàn)m2。該建筑的柱結(jié)構(gòu)及抗側(cè)力體系的內(nèi)筒全部采用了鋼管混凝土柱。該工程的設(shè)計(jì)、制造和施工為高層超高層建筑中采用鋼管混凝土積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn), 并為繼續(xù)發(fā)展和推廣這一新結(jié)構(gòu)體系,以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)。國(guó)外的鋼管混凝土超高層建筑發(fā)展也很快。已經(jīng)完成設(shè)計(jì)的日本東京Shimizu超高層建筑, 總計(jì)121層, 總高550m, 采用矩形截面鋼管混凝土柱, 壓型鋼板-輕型混凝土組合樓蓋體系。
三、關(guān)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題和發(fā)展前景
1.國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼管混凝土動(dòng)力性能的研究主要集中在試驗(yàn)研究階段, 且大都只能從滯回性能定性的得出鋼管混凝土抗震性能好的結(jié)論, 缺乏相應(yīng)的理論推導(dǎo), 尚未形成可供規(guī)范使用的計(jì)算理論和設(shè)計(jì)公式。由于鋼管混凝土柱延性好、
抗震性能優(yōu)良, 對(duì)由鋼管混凝土柱和鋼筋混凝土橫梁組成的框架結(jié)構(gòu), 在設(shè)計(jì)中其抗震等級(jí)的劃分和計(jì)算參數(shù)的選取暫按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行, 顯然偏于保守, 彈性和塑性層間位移角限制的選取也值得商榷。對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性后的動(dòng)力性能( 如阻尼比等的變化規(guī)律) 、結(jié)構(gòu)的耐疲勞性能、鋼骨- 鋼管混凝土組合柱的動(dòng)力性能及基于性能的鋼管混凝土抗震設(shè)計(jì)方法等的研究更是幾乎沒(méi)有。
2.構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)制造缺乏標(biāo)準(zhǔn)化和定型化。鋼管混凝土柱節(jié)點(diǎn)類(lèi)型多樣, 性能各異, 且管柱都是先在鋼結(jié)構(gòu)制造工廠定制, 然后運(yùn)到工地直接拼裝。構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和定型化可以大大提高其生產(chǎn)效率, 更加充分地發(fā)揮鋼管混凝土的經(jīng)濟(jì)效果, 并且能改善構(gòu)件制造的質(zhì)量。
3.殘余應(yīng)力和初應(yīng)力的影響。實(shí)際結(jié)構(gòu)中使用的鋼管往往由鋼板焊接而成, 焊接殘余應(yīng)力對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件性能的影響較大, 當(dāng)管壁較薄時(shí)更為突出。且在施工中, 內(nèi)填混凝土澆注前鋼管也有相當(dāng)?shù)某鯌?yīng)力。關(guān)于殘余應(yīng)力和初應(yīng)力對(duì)
結(jié)構(gòu)性能影響方面的研究尚不夠深入和系統(tǒng)。
結(jié)束語(yǔ)
近些年來(lái)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)論在科研還是工程應(yīng)用方面都取得了很大的發(fā)展. 在科研方面, 科研人員對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能及鋼管混凝土的耐火性能進(jìn)行了較深入的研究, 已取得大量有實(shí)用意義的成果, 而且許多都應(yīng)用在最新規(guī)程的編制和工程實(shí)踐當(dāng)中；工程應(yīng)用方面, 在大跨度拱橋結(jié)構(gòu)和高層、超高層建筑中都得到愈來(lái)愈廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1]韓林海. 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)--理論與實(shí)踐[M] .北京: 科學(xué)出版社, 2009.
