《结构工程师考试备考辅导二级结构工程师考试辅导：钢管混凝土结构知识汇总二.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《结构工程师考试备考辅导二级结构工程师考试辅导：钢管混凝土结构知识汇总二.docx（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、二级结构工程师考试辅导：钢管混凝土结构知识汇总（二）2.钢管混凝土结构的研究现状20世纪60年代之前，钢管混凝土结构的研究对象主要是圆钢管混凝土结构。从60年代后半期以后，开始比较系统地研究矩形钢管混凝土结构。目前，圆钢管混凝土结构的研究已经取得了丰硕的成果，很多国家制定了相应的设计和施工规范或规程，如欧洲标准EC4（96）、德国标准DIN800（97）、美国标准ACI389、SSLC（79）和LRFD（97）、日本标准AIJ（80，97）。在我国，钢管混凝土结构的研究主要集中在圆钢管中填充素混凝土的内填型圆钢管混凝土结构，最早开展研究工作的是原中国科学院哈尔滨土建研究所。68年以后，中国建筑
2、科学研究院、冶金部冶金建筑科学研究院等单位也先后对钢管混凝土基本构件的工作性能、设计方法、节点构造和施工技术等方面展开了系统的研究。进入80年代后，研究工作进一步深入，通过大量的试验研究和理论分析，对构件的承载力和变形性能及其影响因素进行了全面的研究，得到了实用的设计计算公式。与此同时，钢管混凝土结构的施工技术也在迅猛发展，涌现出很多新的施工工艺和施工方法，钢管混凝土结构的优势得到了更加充分的发挥。近十几年来，我国钢管混凝土结构的科学研究和工程应用都取得了令人瞩目的成就。目前已经先后有国家建材局、中国工程建设标准化委员会、国家经济贸易委员会和解放军总后勤部颁布发行了有关钢管混凝土结构的设计规程
3、。为钢管混凝土结构在我国的推广奠定了坚实的基础，使钢管混凝土结构广泛应用于各种大型建筑工程和交通运输工程中。钢管混凝土结构的应用在近十年的时间里得到了飞速的发展。我国对于矩形钢管混凝土结构的研究工作开展得较晚，85年郑州工学院开始进行方钢管混凝土轴压短柱的研究，其后同济大学等单位也进行了方钢管混凝土构件的研究，取得了一定的成果，而我国的矩形钢管混凝土结构的设计施工规程尚在制定中。3.钢管混凝土结构的工程应用早在世纪80年代，钢管混凝土结构就已经出现。例如，79年英国赛文（severn）铁路桥的建造中采用了钢管桥墩，在钢管中灌了混凝土以防止内部锈蚀并承受压力。前苏联乌拉尔的伊谢特铁路桥采用钢管混
4、凝土构件做拱形桁架的上弦和上部建筑的柱子，省钢25%.61年比利时建造船坞时，采用钢管混凝土构件做桁架的压杆和立柱，比钢结构节省钢材40%.法国巴黎居民区的第一座摩天大楼采用了钢管混凝土框架柱，比钢结构节省钢材40%.前苏联在一些吊车栈桥（跨度达48m）中采用钢管混凝土结构，比全钢结构节省钢材%28%，降低造价28%，比钢筋混凝土结构省钢9%，降低造价56%.日本、瑞士等国在输电跨越塔中采用了钢管混凝土结构，也都取得了显著的经济效益。在20世纪60年代以前，由于钢管内浇注混凝土的施工工艺尚未得到很好的解决，现场的施工操作显得繁琐，钢管混凝土结构在施工性能方面的优势没有得到应有的发挥。到80年代
5、后期，由于泵送混凝土工艺的发展，解决了现场钢管内部浇灌混凝土的工艺问题，加上现代高强混凝土需要用钢管约束来克服其脆性。因此，钢管混凝土结构在美国和澳大利亚等国的高层建筑中得到了广泛应用，被认为是高层建造技术的一次重大突破。我国钢管混凝土结构技术的开发和应用已有近40年的历史。66年钢管混凝土结构应用于北京地铁车站工程，70年代又在单层工业厂房、重型构架中得到了成功的应用。近来，随着国家经济的迅猛发展，钢管混凝土结构在我国的高层建筑工程、地铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了卓有成效地应用，推动了建造技术的发展。在我国，钢管混凝土结构主要应用于以下的领域中。3.1高层建筑工程在高层建筑结构中，钢管
6、混凝土柱具有很大的优势：具有承载力高，抗震性能好的特点，既可以取代钢筋混凝土柱，解决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的“胖柱”问题和高强钢筋混凝土结构中柱的脆性破坏问题；也可以取代钢结构体系中的钢柱，以减少钢材用量，提高结构的抗侧移刚度。钢管混凝土构件的自重较轻，可以减小基础的负担，降低基础的造价。全部采用钢管混凝土柱的工程可以采用“全逆作法”或“半逆作法”进行施工，从而加快施工进度；钢管混凝土柱的钢材厚度较小，取材容易、价格低。其耐腐蚀和防火性能也优于钢柱。钢管混凝土柱不易倒塌，即使损坏，修复和加固也比较容易。3.2大跨度桥梁工程随着经济的迅速发展，需要建造能够跨越江河、海湾和山谷的，安
7、全、经济且轻盈美观的大跨度桥梁。在我国，钢管混凝土已经被广泛地应用于拱桥结构中，也开始应用于斜拉桥结构中。在拱桥结构中，钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨度很大时，拱肋将承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土构件是非常合理的。另外，钢管可以做为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注混凝土的模板。因此，钢管混凝土被认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的复合结构材料。自90年在四川省旺苍县建成跨度为5米的我国第一座钢管混凝土拱桥以来，在来年的时间里，我国已经建成了0多座钢管混凝土拱桥，其中跨度在0米以上的就有30多座，尤其是重庆市万县长江公路大桥，跨度达到420米，一跨过江。经过多年的实践，我国在钢
8、管混凝土拱桥建设上已经积累了丰富的经验，形成了一套较为完整的钢管混凝土拱桥建造技术。近年来，在斜拉桥和梁式桥中也开始采用钢管混凝土结构，同样取得了良好的经济效益。例如，广东南海市紫洞大桥、湖北秭归县向家坝大桥和四川万县万洲大桥都采用了钢管混凝土空间桁架组合梁式结构，减轻了结构恒载，提了结构承载力利用系数，同时采用与之相适应的、合理的施工工艺，简化了施工程序，减少了施工设备，加快了施工进度，降低了工程造价。在对广东南海市紫洞大桥主桥进行了技术经济分析，主桥采用钢管混凝土空间桁架组合梁式结构与采用预应力混凝土连续钢结构方案相比较，可以节省混凝土44%，节省预应力钢材62%，增加普通钢材23%.加上
9、施工设备、临时设施和施工工期等方面的因素，主桥的经济效益就更为可观。钢管混凝土空间桁架组合梁式结构适用于多种桥型，如系杆拱桥结构、特大跨径斜拉桥结构、特大跨径悬索桥结构等，推广其应用必将带来显著的经济效益和社会效益。3.3地铁车站工程地铁车站是我国最早采用钢管混凝土结构的工程项目。早期的地铁车站是深埋地下的多跨结构，用明挖法施工；采用钢管混凝土柱主要是利用其承载力高的特点，以减小柱子的截面尺寸，有效地利用空间。近年来，在城市中心地区修建的地铁车站多为浅埋式的、具有综合功能的多层地下建筑。采用盖挖逆作法施工，以尽量减少对城市正常生活的干扰以及对地面交通和邻近建筑的影响。盖挖逆作法，是先施工地下结
10、构的顶盖，在顶盖的保护下进行开挖，按照从顶到底的顺序进行施工。为此，必须在土方开挖前设置好顶盖的中间支撑柱，钢管混凝土柱将施工阶段的临时柱和结构的永久柱合二为一，因此是的选择。90年代以来，北京地铁的复八线工程中，采用盖挖逆作法建成了“*东站”、“大北窑站”和“永安里站”；在建中的南京地铁的“三山街站”也是采用的盖挖逆作法进行施工。3.4单层和多层工业厂房柱单层工业厂房的柱属于偏心受压构件，为了充分发挥钢管混凝土结构的特点，很多工程中的柱子设计成格构式组合柱，如双肢柱、三肢柱和四肢柱，把偏心弯矩转变为轴心力。如72年建成的本溪钢铁公司二炼钢轧辊钢锭模车间采用了四肢柱；80年建成的太原钢铁公司第
11、一轧钢厂第二小型厂的下柱采用双肢柱；82年建成的吉林种籽处理车间采用了三肢柱；80年建成的武昌造船厂船体结构车间采用了四肢柱。与钢筋混凝土柱和普通钢柱相比，钢管混凝土组合柱显得特别轻巧，节约钢材，施工简便，同时刚度好。单层工业厂房中采用钢管混凝土柱时，钢管中混凝土的浇注可以在全部主体结构安装完成后进行，所以大大缩短了工期。如92年建成的哈尔滨建成机械厂大容器车间，从破土动工到竣工只用了.5个月；同年该厂又建成了容罐式汽车车间，主体结构的施工仅用了半年时间。80年代初，我国开始在多层工业厂房中采用钢管混凝土柱。多层工业厂房柱基本为偏心受压单管柱；如84年建成的上海特种基础科研所的科研楼，85年建
12、成的柳州水泥厂窑尾加热车间。4.钢管混凝土结构研究的发展方向4.1高强度材料的应用采用高强混凝土可以减轻结构自重、降低工程造价。随着混凝土强度的提高，其延性下降，这阻碍了它在实际工程中的应用。将高强混凝土灌入钢管中形成高强钢管混凝土，由于受到钢管的约束作用，混凝土处于三向受压状态，其延性将大为提高，而其构件的承载力也得到了相应的提高。因此，高强钢管混凝土具有很大的发展潜力。近年来，国内外对高强钢管混凝土构件的研究表明；高强钢管混凝土的力学性能与普通钢管混凝土有所不同，其设计不能套用普通钢管混凝土构件的设计公式。而我国现行的钢管混凝土设计施工规范和规程只适用于普通钢管混凝土结构，因此必须加大高强
13、钢管混凝土的研究力度，尽快制定出相应的设计施工规范和观察。4.2节点动力性能的研究节点是结构设计中的关键部位，也是施工的难点。对于钢管混凝土节点，其合理与否直接关系到结构的安全性和整个工程的造价。钢管混凝土节点可以分为两种；钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接节点和钢管混凝土柱与钢梁的连接节点。目前，国内对于钢管混凝土节点静力性能的研究较多，而对于节点动力性能的研究报导还较少。4.3耐火性能的研究我国还没有制定针对钢管混凝土结构的防火规定。对于已经建成的钢管混凝土结构，有的采用钢筋混凝土结构的要求外包混凝土，有的按照钢结构的要求涂防火材料，都没有统一规定和科学的依据。近年来，国内学者就钢管混凝土的
14、耐火性能问题进行了研究，已经取得了可喜的成绩；应尽快编制出适合我国国情的钢管混凝土结构防火规范。4.4钢管混凝土结构体系抗震性能的研究在对采用钢管混凝土柱及钢筋混凝土柱的框架结构进行了抗震性能的对比试验研究；并从理论上分析比较了两种结构的动力性能，得出了钢管混凝土框架结构的抗震性能明显优于钢筋混凝土框架结构的结论。但目前对钢管混凝土结构抗震性能的研究，主要还是集中在基本构件方面，而对于钢管混凝土整体结构的抗震性能的研究还不多。应开展这方面充分的研究，以提供合理的抗震设计参数，便于工程应用。4.5矩形钢管混凝土结构的研究矩形钢管混凝土结构中，钢管对于其内部混凝土的约束作用相对较弱，但是它具有节点
15、形式简单，便于施工等优点。国外学者对矩形钢管混凝土结构已进行了大量的研究，制定了相应的设计规程，在工程应用上也取得了很大的进展。我国的矩形钢管混凝土结构的设计施工规程尚在制定中。与钢筋混凝土结构和钢结构相比，钢管混凝土结构是一种相对年轻的结构形式。随着其理论研究的深入和完善，新型施工工艺的产生和高性能材料的应用，钢管混凝土结构的应用范围将不断扩大。4.6钢管混凝土施工方面的研究钢管混凝土结构在施工中也有一些问题不容忽视。在结构构件的连接构造方面：当钢管混凝土柱与混凝土梁连接时，就必须借助于柱上的牛腿和加强板。如果用暗牛腿、会给浇注混凝土带来不便，影响施工进度；当钢管混凝土柱与无梁盖连接时，尤其
16、是采用升板法施工时，板与柱的连接构造是相当复杂的，会直接影响到施工的进度；为了能够充分发挥钢管混凝土的承载力，钢管混凝土的连接应尽可能地将连接力可靠地传递到核心混凝土上。常采用柱顶盖板、柱脚底板和层间隔板、穿心板等来实现。当然前提条件必须是应保证管内混凝土的密实，做到这一点也是不易的。横隔板和上、下柱的连接是比较萦琐的，尤其是对于小直径管，特别不便于施工。穿心板的制作也很麻烦，而且还会妨碍管内混凝土的浇注和振捣。一般仅在大直径钢管混凝土中使用。4.7预应力钢管混凝土方面的研究实际上，随着钢管混凝土组合结构体系的应用愈来愈广泛，钢管混凝土还常用于结构的受拉部位，如钢管混凝土空间桁架的下弦及受拉腹杆、大跨度拱桥的水平拉杆和挡土墙的锚杆等。因此，本文提出了预应力钢管混凝土结构，即对钢管混凝土构件施加预应力，以提高结构的承载力。预应力钢管混凝土结构不仅有效地拓展了钢管混凝土的应用范围（钢管混凝土结构的应用范围不再局限于轴心受压短柱，可扩展到结构的
