钢管混凝土脱空机理-研究

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1、第一章绪论弟一早三百T匕1．1钢管混凝土结构的特点及发展现状1．1．1钢管混凝土结构的特点钢管混凝土(ConcreteFilledSteelTube，简称CFST)是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。按截面型式不同，可分为圆钢管混凝土、方形钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。实际结构中，根据钢管作用的差异，钢管混凝土构件又可以分为两种形式：一是组成钢管混凝土的钢管和混凝土在受荷初期就共同受力；二是外加荷载仅作用在核心混凝土上，钢管只起对核心混凝土起约束作用，即所谓的钢管约束混凝土柱(SteelTube．ConfinedCon

2、crete，简称STCC)t11。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受压过程中的相互作用，即钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土处于复杂应力状态之下，从而使混凝土的承载力得以提高，塑性和韧性性能得到改善；同时，由于混凝土的存在，可以延缓或避免钢管过早的发生局部屈曲，从而可以保证其材料性能的充分发挥。此外，在钢管混凝土的施工过程中，钢管还可以作为浇注其核心混凝土的模板，与钢筋混凝土相比，可以节省模板费用，加快施工速度。总之，通过钢管和混凝土组合而成的钢管混凝土结构，不仅可以弥补两种材料各自的缺陷，而且能充分发挥二者的优点。钢管混凝土结

3、构具有如下特点：①构件的承载力高：由于钢管产生的紧箍效应，钢管混凝土中的核心混凝土，抗压强度可以提高一倍；而整个构件的抗压承载力约为钢管和核心混凝土单独承载力之和的1．7～2．0倍【2】。此外，钢管混凝土的抗剪和抗扭性能良好，对构件的受力更加有利。②具有良好的塑性和韧性：单纯受压的混凝土属于脆性破坏，但管内核心混凝土在钢管的约束下，不但使工作阶段时提高了弹性性质，扩大了弹性工作阶段，而且破坏时产生了很大的塑性变形。从整个构件来说，呈现弹性工作塑性破坏的特征。③经济效益显著：与钢结构柱子相比，钢管混凝土结构可节约钢材50％左右：与钢筋混凝

4、土柱相比，不需要模板，节约混凝土50％以上，减轻结构自重50％以上【2】。因此，经济效益极其显著。第一章绪论2④施工方便：钢管混凝土柱不管是单管柱还是组合柱，与普通钢柱相比，零部件少，焊缝少，而且柱脚结构简单，可以直接插入混凝土基础的预留杯口中，免去了复杂的柱脚结构；与钢筋混凝土柱相比，免去了支模、绑扎钢筋和拆模等工序，只要焊缝满足要求，也不用担心浇注时会发生漏浆现象。⑤良好的抗火性能：由于管内存在混凝土，能吸收热量，故耐火性能高于钢结构，为耐火而增加的保护材料比钢柱少。钢管混凝土结构由于具有以上的优异特性，因而广泛的应用于单层或多层工

5、业厂房柱、高层或超高层建筑以及大跨度桥梁等结构中，取得了良好的经济效益和建筑效果。1．1．2钢管混凝土结构的发展概况钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝士的基础上演变和发展起来的。它的出现，可以追溯到19世纪70年代，1879年英国赛文(Seven)铁路桥桥墩，在钢管内填充混凝土以防止锈蚀并承受压力。后来，在建造一些高层钢结构中，出于防火的要求，在钢梁和钢柱的外面包上了混凝土，形成了组合梁和组合柱，但在当时并未考虑混凝土的受力。1889年，美国芝加哥建成的9层全钢框架高楼，1891年建造的20层钢结构麦索尼克教堂(MasonicT

6、emple)，以及随后在英国和欧洲陆续兴建的一些高层钢结构等。从此，钢管混凝土结构得以广泛应用。对钢管混凝土力学性能进行较深入的研究始于20世纪六七十年代，早期钢管混凝土中采用的钢管大多是热扎钢管，钢管的壁厚一般都比较大，由于当时钢管内混凝土的浇注工艺未得到很好的解决，因而应用钢管混凝土的经济效益并不明显，从而使钢管混凝土的推广应用受到一定影响。20世纪80年代，国外学者研究了钢管混凝土构件的抗震性能和耐火极限，此外还有关于钢管和混凝土之间粘结性能的研究报告。近十几年来，对长期荷载作用下钢管混凝土力学性能的研究取得了新的进展，对钢管混凝

7、土耐火性能和抗火设计方面的研究也取得了不少成绩。此外，对采用高强钢筋和高强混凝土的钢管混凝土的力学性能以及钢管局部屈曲对钢管混凝土力学性能的影响等研究。前苏联在20世纪五六十年代对钢管混凝土结构进行了系统的研究，并在工业厂房、空间结构和拱桥结构中应用；在西欧一些国家，如英国，德国和法国等，主要以研究方钢管混凝土、圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土结构的核心混凝土为素混凝土，或在核心混凝土中配置配筋或型钢为主；在美国和加拿大，以研究方钢管混凝土和圆钢管混凝土为主，核心混凝土为素混凝土；1923年日本关西大地震后，发现钢管混凝土结构在该次地震中的

8、破坏并不明显，故在以后的建筑，尤其是(多)高层建筑中，钢管混凝土得到大量应用，尤其1995年阪神地震后，钢管混凝土更显示了其优越的抗震性能，钢管混凝第一章绪论3土的研究迸一步成为热门课题之一，在日本，主要研