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1、结构工程施工中的钢管混凝土的运用摘要： 本文针对钢管混凝土结构在结构工程中的应用进行了相关论述及研究。讨论了钢管混凝土结构的结构特点、研究进展和应用现状,最后阐述了其在桥梁工程、地下工程、高层建筑空间结构等方面的应用状况。关键词： 钢管混凝土结构,结构工程,应用1钢管混凝土结构的特点 1)良好的承载力。在钢管中填充混凝土,随着受压荷载的增大,钢管由弹性工作状态进入塑性工作状态。由于受压钢管混凝土构件中的核心混凝土处于三向受压应力状态,混凝土的抗压强度和变形能力显著增强,因而受压构件的承载力得到大大提高。 2)良好的塑性和韧性。混凝土破坏通常表现为脆性特征。当受压钢管混凝土构件中的核心混凝土处于
2、三向受压状态时,材料呈现塑性性状。钢管混凝土破坏时形成显著的鼓曲状态,具有良好的耗能能力和延性,表现出较好的韧性。 3)良好的耐火性能。钢管内混凝土相对钢材具有较大的热容量,能吸收大量的热量。在遭受火灾时,外部钢管虽然升温较快,但内部混凝土升温滞后,仍具有一定的承载力,因而增加了钢管的耐火时间,相对传统钢结构可以大量节约防火涂料。试验研究表明:达到一级耐火3 h要求的钢管混凝土柱和钢柱相比可节约防火涂料1/22/3甚至更多,随着钢管直径的增大,节约涂料也增多。 4)良好的抗震性能。钢管和混凝土之间的相互作用使内填混凝土的破坏由脆性变为塑性,构件的延性明显改善,耗能能力显著提高。在压弯反复荷载作
3、用下,钢管混凝土结构的吸能性能好,基本无刚度退化和强度衰减现象,与不发生局部失稳的钢构件基本相同,且无局部屈曲发生。与钢筋混凝土柱相比,钢管混凝土柱的自重大幅度减小,地震作用引起的地震反应也将减小。 5)施工简便。钢管本身为耐侧压的模板,因而浇灌混凝土时可省去支模、拆模等工序和模板,并可适应先进的泵灌混凝土工艺。同时钢管在施工阶段可起劲性钢骨架作用,其焊接工作量远比一般型钢骨架少,从而可以简化施工安装工艺、节省脚手架、缩短工期、减少施工用地。 6)经济效果显著。钢管混凝土结构可充分发挥两种材料各自的优势,不仅承载力高,而且与钢结构相比,采用钢管混凝土柱可节约钢材50%左右,造价也可以降低。与钢
4、筋混凝土柱相比可节约混凝土50%以上,减轻结构自重50%以上,其耗钢量和造价略为偏高或基本持平。如前苏联的Hcerb河铁路桥与钢拱桥相比节约钢材52%,降低造价20%。 2钢管混凝土结构的研究情况 钢管混凝土结构虽然早在100多年前就出现了,但对其力学性能较为系统的研究及大范围推广应用则开始于20世纪60年代。20世纪60年代70年代,前苏联罗斯诺夫斯基等对钢管混凝土短柱的极限承载力进行了深入的研究工作。1969年英国的聂基等研究了钢管内的混凝土三向受压时强度提高的计算方法。60年代70年代,美国学者针对钢管混凝土组合柱进行了系统试验,取得了很多成果并在工程中应用。目前国内外针对钢管混凝土结构
5、的研究主要集中于以下几个方面: 1)钢管混凝土的基本理论研究。组成钢管混凝土的钢管和混凝土在受力过程中的相互作用是形成钢管混凝土具有一系列优越力学性能的关键。这方面国内外学者开展了相应的研究并取得了相应的成果,如钟善桐教授提出的“钢管混凝土统一理论”等。 2)钢管混凝土的静力性能研究。近几十年来,国内外对钢管混凝土构件在静力作用下的力学性能进行了大量的试验研究和理论分析,建立了基于统一理论的钢管混凝土轴压构件、弯曲构件、偏压构件等的设计方法和计算公式,并且在圆钢管、方钢管和矩形钢管混凝土构件等方面都取得了相应的成果。 3)钢管混凝土的抗火研究。钢管混凝土结构的抗火性能研究趋势:考虑结构整体空间
6、作用,以整体结构在火灾下的承载力极限状态取代目前的以单根构件的承载力极限状态进行更为合理的抗火设计;考虑实际火灾燃烧模式,并把结构在火灾下的反应和火灾后降温过程作为连续的过程加以研究,对不同的火灾模式、不同的荷载路径和不同的温度史及温度应力史加以研究,综合考虑结构对荷载和温度共同作用下的反应,对结构的内力和变形性能进行全过程分析,建立更为合理、经济的抗火设计方法。 4)钢管混凝土柱的抗震性能研究。国内外学者对钢管混凝土的抗震性能进行了大量的试验研究。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比较少。这方面的研究还亟待开展,以提供合
7、理的抗震设计参数,便于工程应用。 3钢管混凝土结构的工程应用 从20世纪60年代中期钢管混凝土结构引入我国,这种结构形式已在我国得到了迅速发展和大量应用。1966年钢管混凝土结构被应用于北京地铁车站工程;70年代又在单层工业厂房、重型构架等工程中得到了成功的应用。80年代中期以来,随着泵送混凝土工艺和高性能混凝土技术的发展,钢管混凝土结构在高层建筑、桥梁及地下工程等领域得到了广泛应用。 地铁车站是我国最早采用钢管混凝土结构的工程项目。采用钢管混凝土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。在拱桥结构中,钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。此外钢管可以作为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注混凝土的模板。 4.结语：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。与型钢混凝土柱相比,在同等承载力条件下,钢管混凝土柱可以大量节约成本,缩短工期,增加使用面积,且建筑功能更加合理,其综合效益非常显著。 参考文献 【1】 郭超. 混凝土工程加固施工及方案. 黑龙江科技信息, 2007,(14) 【2】 第七届国际结构工程青年专家研讨会. 建筑结构学报, 2001,(06) 【3】 瞿启忠 , 李雪超 , 陆建中. 混凝土抹面新工艺. 建筑工人, 2003,(12)
