【土木工程论文】浅谈钢管混凝土在抗震工程中的应用

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1、【土木工程论文】浅谈钢管混凝土在抗震工程中的应用摘要：简要介绍了钢管混凝土的特点和发展史，针对前人已研究的成果，综述了不同截面、不同空心率、不同结构下的钢管混凝土构件的抗震性能，为钢管混凝土在实际抗震工程中的运用提供了参考建议。关键词：钢管混凝土；抗震性能；耗能能力0引言钢管混凝土构件是在钢管内填充混凝土。随着高层、超高大跨度建筑的需要，钢管混凝土结构凭着承载力高、造价低、施工方便、抗震性好等优越的条件被广泛应用，很多研究者做了很多关于钢管混凝土的抗震性能分析和研究，取得了很大的成果，并在抗震工程中得到广泛应用。1钢管混凝土的特点钢管在纵向轴心压力作用下，属于异号应力场，其纵

2、向抗压强度将下降，小于单向受压时的屈服应力，同时钢管是薄钢管，单向受压时，承载力受管壁局部缺陷的影响很大，远远低于理论临界应力计算值；对于混凝土，强度低，截面大，随着混凝土强度增大脆性增加，而混凝土抗拉性比较差［1］。钢管混凝土是新型结构［2］，正好弥补了两者的缺点，在钢管混凝土构件在纵向轴心压力作用下，由于混凝土的密贴，保证了钢管不会发生屈曲，可以使这算应力达到钢材的屈服强度［3］，使钢材的强度承载力得以充分发挥；对于混凝土，混凝土不仅受到纵向压力，还有受到钢管的紧箍力，使混凝土三向受压，使混凝土纵向抗压强度提高，弹性模量也得到提高，塑性增加。钢管和混凝土共同作用下，使得钢

3、管混凝土构件有以下特点：（1）构件承载力大大提高。1976年哈尔滨锅炉厂做了一次简单的对比试验，得到钢管混凝土柱轴心受压下承载力是空钢管和管内径素混凝土柱之和的173%。（2）良好的塑性和韧性。这种新结构在承受冲击荷载和振动荷载时，有很大的韧性，所以抗震性能比较好。（3）造价低,从很多实际工程可以看到，钢管混凝土柱与普通钢筋混凝土柱相比，节约混凝土50％以上，结构自重减轻50％左右，钢材用量相等或略高，不需要模板。与钢结构相比，可减少钢材50％左右。（4）施工简单，可以缩短工期。2钢管混凝土结构的发展史钢管混凝土结构是在劲性钢筋混凝土结构、螺旋配筋混凝土结构以及钢管结构的基础

4、上发展起来的。在19世纪60年代前后，钢管混凝土结构在苏联、北美、西欧和日本等发达国家得到重视，并开展了大量的试验研究，但是施工工艺得不到解决。在19世纪80年代后期，由于先进的泵灌混凝土工艺的发展，解决了施工工艺的问题。如1879年英国的Severn铁路桥的建造采用钢管桥墩，在管内灌了混凝土防止内部锈蚀并承受压力。1923年，日本关西大地震后，人们发现钢管混凝土结构在这次地震中的破坏并不明显，所以在以后的建筑，尤其是多高层建筑中大量应用了钢管混凝土。1995年阪神地震后，钢管混凝土更显示了其优越的抗震性能。钢管混凝土在我国的发展：20世纪60年代中期，钢管混凝土引入我国。1

5、966年北京地铁车站工程中应用了钢管混凝土柱。在70年代厂房和重型构架也应用了钢管混凝土柱；80年代后，我国开展了科学试验研究，得到了结构的计算理论和设计方法［4］。现阶段我国对钢管混凝土性能的研究：圆形、多边形和方形、实心与空心、轴心受压与偏心受压构件的强度和稳定；压弯扭剪复杂应力状态下构件的强度和稳定；抗震性能与抗火性能以及施工时初应力的影响等。而且取得了很大的科研成果。3综述前人已研究的钢管混凝土抗震性能3.1钢管混凝土构件根据截面形状可以分为方形、矩形、多边形及圆形截面钢管混凝土构件。国外Shinji和Yamazaki等[5]对受变化的轴力和往复水平荷载作用下的方钢管

6、混凝土柱的受力性能和位移进行研究；Amit[6]做了高强方钢管混凝土柱抗震性能的试验研究，分别分析了高强混凝土和高强混凝土对构件滞回性能的影响；Kang和Moon[7]考察了方钢管混凝土柱恒轴力在低周反复荷载和单调荷载作用下构件的承载能力和耗能能力，得到方钢管高强混凝土柱滞回曲线饱满，即使在高轴压比的情况下，都没有明显的捏缩现象；试件有较好的耗能能力，位移延性系数均大于3[8]。方钢管高强混凝土柱与普通方钢管混凝土柱[8]相比，有较高的弹性刚度和极限荷载；与高强混凝土柱[10]相比，有良好的耗能能力和更小的强度退化；与纯钢柱比，有良好的抗失稳能力。苏献祥的矩形钢管混凝土柱在循

7、环荷载作用下的性能研究中得到矩形钢管混凝土柱承载力高，变形能力强，有较稳定的后期承载力，延性系数在6．89～11．53[11]之间，满足延性柱的抗震要求，矩形钢管混凝土柱的滞回曲线饱满，没有明显的“捏缩”现象，耗能能力强，具有良好的抗震性能。随着边数越多，钢管混凝土构建的组合性能越好，产生的紧箍力增大，承载力增大，塑性增强，承载力是抗震重要指标之一，因此圆形钢管混凝土具有较好的抗震性能。矩形钢管混凝土柱与梁节点构造简单、连接方便，还能有效提高构件的延性及有利于防火、抗火等特点，最重要的是矩形截面存在刚度