钢管混凝土结构发展和应用

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1、钢管混凝土结构发展和应用　　摘要：本文介绍了钢管混凝土的发展，并根据国内外钢管混凝土的研究现状阐述了钢管混凝土在建筑结构中应用的特点及使用情况，并对今后需要进一步研究的问题进行了展望。关键词：钢管混凝土、承载力、塑性和韧性中图分类号：TU375文献标识码：A1前言钢管混凝土（Concrete-FilledSteelTube，简称CFST）构件是指在钢管中填充混凝土而形成的组合构件。按截面形式的不同可以分为矩形截面、圆形截面和多边形截面钢管混凝土结构，其中圆形截面和矩形截面钢管混凝土结构应用较为广泛[1]。2钢管混凝土构件的特点（1）轴压承载力高6钢管混凝土构

2、件受压时，由于产生紧箍效应，核心混凝土三向受压，强度大大提高，钢管延缓和避免了过早发生局部屈曲。两种材料互相弥补了彼此的缺点，充分发挥了彼此的长处，从而使钢管混凝土具有较高的承载力。一般都高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。试验证明：对于圆钢管混凝土，整个构件的抗压承载力约为钢管和混凝土单独承载力之和的117~210倍；对于方形钢管混凝土，则为111~115倍[2]。（2）塑性和韧性好混凝土的脆性较大，但核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时具有很大的塑性变形。试验结果表明，钢管混凝土轴心受压短柱破坏时，往往

3、可以被压到原长的2/3，但仍没有呈现脆性破坏的特征。这种结构在承受冲击荷载和振动荷载时，也具有很好的韧性。由于钢管具有良好的塑性和韧性，因而抗震性能好。（3）施工方便，加快施工速度与钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工简便，钢管内无钢筋，浇灌容易，振捣密实。近年来使用顶部抛落无振混凝土及泵送混凝土后，不但可以解决振捣时容易在管内积存空气的问题，也大大简化了施工现场，缩短工期。（4）耐火性能较好由于组成钢管混凝土的钢管和其核心混凝土之间具有相互贡献、协同互补、共同工作的特点，这种结构具有较好的耐火性能。钢管内灌有混凝土，能吸收

4、大量的热能，在遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，因而增加了柱子的耐火时间。经实验统计数据表明：达到一级耐火三小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/2～2/3。6（5）经济效果好采用钢管混凝土可以很好地发挥钢材和混凝土两种材料的特性和潜力，使材料得到更为充分和合理的应用，因此钢管混凝土具有良好的经济效果。由于上述的优点，钢管混凝土被广泛应用于工业与民用建筑、桥梁建筑和高层建筑中。钢管混凝土结构同样具有缺点：①钢管需采取防火措施，在进行构件承载力设计时适当考虑火灾情况下的荷载系数。②钢管接头处需要现场施焊，若采用螺栓连接，需在钢管接头处设置可用螺栓连接的法兰

5、盘。与焊接的连接方式相比，采用这种方法时，节点的传力效果相对较差。3钢管混凝土的现状与发展6钢管混凝土结构是在钢结构的基础上演变和发展起来的，钢管混凝土做为一种结构构件形式早在19世纪80年代就已经被人类设计应用。起初仅仅是用做桥墩，然后随着科学技术水平的提高使它的应用范围得到了很大的扩展。国外学者多年来对钢管混凝土结构的力学性能和设计方法所开展的深入细致的研究工作，已取得丰硕成果，很多国家制定了有关钢管混凝土设计规程或规范；在国内，20世纪60年代开始了这种结构的研究并首先用于首都地铁工程中。20世纪70年代以后，在许多工业厂房，高炉和锅炉构架以及输、变电

6、塔架中均得到了广泛应用；在一些厂房跨度很大，柱子很高，吊车起重量较大的结构中，钢管混凝土的优越性就表现的更为明显。随着时代的发展，科技的进步，钢管混凝土结构在桥梁结构上的应用也越来越广。钢管混凝土结构在桥梁结构上主要应用在拱桥结构中。钢管混凝土用作拱桥的承压构件，在施工时空钢管不仅具有模板和钢筋的功能，还有骨架刚度大、承载能力高、重量轻等优点。钢管混凝土结构在高层建筑中都得到了广泛应用。随着高度超过100m的超高层建筑的大量兴建，在高强混凝土还不普及的20世纪80年代后期，人们开始应用钢管混凝土柱以解决“胖柱”问题的探索[3]。4钢管混凝土结构的应用（1）钢

7、管混凝土在高层建筑中的应用在高层建筑中，钢管混凝土柱具有很强的相容性，它既可以在混凝土体系中代替部分钢筋混凝土柱，也可以在钢结构体系中代替钢柱。实践证明在高层建筑中采用钢管混凝土柱，不但承载力得以提高，柱的截面尺寸也大大减小，节约材料、减轻自重、缩短工期，而且可以采用大柱网、大空间的框架结构体系，增加了房屋的使用面积。同时钢管混凝土柱采用了高强度混凝土，一般C60以上，使柱的截面减小，这不仅对结构抗震有利，还可以降低地基基础的造价。施工时除梁柱节点构造复杂外，其他施工程序上与原结构体系无多少差异。（2）钢管混凝土在大跨度桥梁工程中的应用6随着经济的迅速发展，

8、需要建造能够跨越江河、海湾和山谷的安全、经济且轻盈美