钢管混凝土在土木工程中的应用.pdf

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1、文章编号：1009—944l【2012)06一0042—03钢管混凝土在土木工程中的应用口口张颖(山西职业技术学院，山西太原030006)摘要：钢管混凝土构件具有方便施工、经济性好等特点。阐述了钢管混凝土结构的特点，对钢管混凝土结构柱节点和柱RC环梁节点形式作了介绍。关键词：钢管混凝土；特性；节点中图分类号：TU528．59文献标识码：A引言早在19世纪，钢管混凝土结构已出现在实际的工程建设中。但是，早期的钢管混凝土结构的主要作用是通过核心混凝土防止钢管的内部出现锈蚀，对该种结构的其他性能并未进行分析研究。在20世纪中期，随着钢管混凝

2、土结构的广泛运用，许多学者开始进行钢管混凝土结构的工作性能研究。例如，NeogiPK等对核心混凝土在三向受压状态下的混凝土强度进行了初步研究，同时也考虑了混凝土由于外侧钢管的作用而产生的约束效应。另外，其他一些学者还研究分析了计算钢管混凝土柱的承载能力的各种方法，并开展了有关钢管混凝土梁柱节点方面的研究。但是，以前对钢管混凝土柱的研究主要致力于方钢管混凝土梓¨。3o。我国对钢管?昆凝土的应用研究大约有50多年的历史，其大致经历了应用推广和发展提高两个阶段。(1)应用推广阶段：该阶段大约从20世纪中期到80年代，首先应用在工程建设中的是

3、厂房柱。例如，辽宁省鞍山的某个预制厂的一个车间首先采用了钢管混凝土柱。该车间足由三冶工业公司进行设计，并且自己施工建成的，从1969年正式投入生产至今一直能够正常使用。另外，北京地铁l号线中的两个站台在进行设计施工时，也分别使用了钢管混凝土柱，并且该结构表现出良好的经济效益。正因为如此，在后来建造2号线以及3号线时，对各个站台所有的柱全都使用了这种结构。(2)发展提高阶段：钢管混凝土柱具有承载力高、塑性韧性好、减小柱截面尺寸和减轻结构自重等特点，能够解决“肥梁胖柱”的问题。自20世纪80年代后期开始，钢管混凝土逐渐用于高层建筑中，从局

4、部柱子采用到大部分柱子采用，发展十分迅速，并且在理论研究领域取得了进展，从而逐渐形成r一套比较系统的理论体系。随着我国一些学者对钢管混凝土结构研究的深入，在最近几年取得了很多成果，特别是很好地掌握了该种试件的力学性能以及其他性能。钢管混凝土柱具有良好的工作性能，目前这种结构已广泛应用于国内的各种工程中，在一些高层及超高层建筑大量采用了钢管混凝土柱。1钢管混凝土结构介绍1．1cFRP钢管混凝土结构CFRP钢管混凝土结构是指在外壁为CFRP材料、内壁为钢材的复合管内浇注混凝土的构件，它是在FRP约束混凝土结构研究的基础上发展起来的一种新的

5、结构形式。一些国外学者对碳纤维材料的力学性能以及补强能力进行了理论分析与试验研究，同时也对钢筋混凝土构件采用碳纤维材料加固补强进行了试验。41。结果表明，与普通钢材的强度相比，碳纤维材料的极限抗拉强度是其强度的10倍左右；l—j时碳纤维材料的应力与应变的关系曲线呈线性变化，属于线弹性材料。另外，碳纤维材料的弹性模量与钢材相比略大一些，并且质量较钢材要轻很多。近年来，我国也开展了类似的研究工作，目前最常用的是碳纤维增强聚合体(carbonFiberReinforcedPolymer，简称cFRP)。另外，在工程建设领域应用广泛的碳纤维材

6、料还有碳纤维布、碳纤维预应力筋等。在大量的试验研究的基础上，国内外学者总结得出碳纤维材料的特点如下：(1)抗拉强度较高。与普通钢材相比，碳纤维在轴向方向上的抗拉强度是钢材的10倍以上。(2)碳纤维的耐久性能好，具有优越的耐老化·42·Research&AppUcationofBundingMaterials以及抗腐蚀性能，施工比较方便，施工时不需采取特殊的防护处理措施。(3)碳纤维的弹性模量比普通钢材高，同时其材料的抗疲劳强度是普通钢材的3倍左右。(4)碳纤维材料的应力与应变的本构关系呈线性变化，其破坏属于材料的脆性破坏。1．2CFR

7、P筒混凝土结构CFRP筒混凝土是指对原有钢筋混凝土柱外包CFRP复合材料或在CFRP复合材料中填充混凝土而形成的构件。其主要特点如下：(1)与普通的钢筋混凝土柱相比，如果采用CFRP筒混凝上柱，可以省去钢筋的绑扎以及混凝土模板支拆等施工工序，同时采用该筒结构便于浇注混凝土，缩短施工工期。(2)外围的cFRP复合材料能对内部核心混凝土的横向变形起到约束作用。内部混凝土在轴压作用下，属于三向受压的应力状态，从而能有效阻止混凝土过早出现裂缝，最终提高整体结构的承载能力。(3)cFRP筒混凝土施工简便，相应降低了工程成本，表现出良好的经济效益

8、。从理论上讲，CFRP材料具有较高的抗拉强度，可以起到与钢管混凝土中的钢管相近的效果，但是为了减少工程的成本，采用cFRP外筒内部填充混凝土的结构形式，可以避免cFRP不足对整体结构造成的影响。从该种结构形式的破坏来看，