钢管混凝土结构

质量控制
钢管混凝土柱是由钢管和混凝土共同作用的受力构件，要求 混凝土具有很好的填充性能，确保充满钢管内的每个部位，混凝 土要有良好的流动性、体积稳定性，加上钢管不象木模板一样有 一定的吸水性，所以混凝土还要有良好的保水性能，不得有离析、 泌水现象。
质量检测——超声波检测法
1.原理： 超声波在传播过程中遇到由各种介质缺陷形成的界面时会改变传播方向和路
钢管混凝土粘结性能的因素
混凝土强度 混凝土养护条件和龄期 截面长度 钢管内表面粗糙程度 钢管的径厚比 套箍系数 混凝土浇注方式 长细比、含钢率、偏心距等
钢管混凝土粘结性能测定
目前，国内外关于钢管混凝土界面粘结强度的试验方法主要有两种类型:推出试验和推离试验 .
展望
钢管混凝土能够适应特殊、难度高、落差 大的构造物及承受重载和极端条件等现代 化要求结构工艺的要求，成为结构工程学 科的一个重要的发展方向并已取得良好的 经济效益和建筑效果。
钢管混凝土结构
——组合结构课程
钢管混凝土结构的应用与发展
钢管D混钢is凝s管cu土s混si结o凝n构o土n发t结he展构ap中的pl存i发c认a在t展i识o的n 问题
and development of steel tube concrete
2
钢管混凝结构应用中存在的问题 ... 钢管混钢凝管土混结凝构土的结工构程的事应故用
构造和施工技术等方面展 开系统的研究
苏州混凝土与水泥制品研究院
北京地下铁道工程局
哈尔滨建筑大学
原冶金部冶金建筑研究院、电力工业部电力研究所
汤关祚等提出钢管混凝 土塑性承载力公式,它假
定构件的强度极限为中钢国建筑科学院结构所、哈尔滨建筑工程学院
管发展塑性、混凝土达 到受压极限强度
蔡绍怀等根据螺旋箍筋 的计算原理和方法,研究 三向受压混凝土强度的 提高,利用极限平衡原理 推导出极限承载力计算 公式
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Байду номын сангаас
径,其能量会在缺陷处引发衰减,造成声时、振幅、频率变化。对这些变化进行分 析,可实现对钢管混凝土质量的检测。 2.方法：
采用超声波检测钢管混凝土质量的主要方法有首波声时法、波形识别法和首波 频率法
钢管与混凝土的粘结
A3
钢管与核心混凝土之间的界面粘结力主要由三部分组成: (1)水泥凝胶体与钢管接触表面的化学胶结力; (2)粗糙不平的钢管内表面与混凝土之间的机械咬合力; (3)钢管与棍凝土接触面之间的摩擦力;
泵送混凝土的质量 钢管混凝土的压注时间 浇筑方向控制不当
2. 钢管混凝土养护或者运营阶段产生脱空
核心混凝土的收缩与膨胀 轴向压力、温度
钢管混凝土拱桥脱空的防治措施
1．从设计指导思想上预防
在设计时不考虑钢管对混凝土的套箍作用，也不考虑钢与核心混凝土 的粘结，而是将钢管与混凝土看成两个平行的杆件进行设计和计算。这 种方式显然没有充分发挥钢管混凝土拱桥的优势，从设计上来讲过于保 守。
哈尔滨建筑大学钟善桐等 提出钢管混凝土统一理论 计算公式,它视钢管混凝土 为复合材料,通过试验确定 复合材料的强度指标,利用 组合强度指标计算构件的 各项承载力
CFST发展的若干问题
钢管高强高性能混凝土的研究
徐变、疲劳性能的研究
预应力钢管混凝土结构
施工力学问题的研究
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)工程实例
CFST简介
工作原理
钢管混凝土的基本原理是依 靠内填混凝土的支撑作用，使 得钢管的稳定性增强，同时核 心混凝土受到钢管的“约束” 作用或称之为“套箍”作用， 使核心混凝土处于三向受压应 力状态,延缓混凝土内部纵向微 裂缝产生和发展的时间，从而 使得核心混凝土具有更强的抗 压强度和抵抗变形能力。
advantages
在钢管接近地面或某楼层板
如结构高，则需要较高的
3
泵送顶升筑 法
处安装一个带闸门的进料管， 直接与泵的输送管连接，由 泵车将混凝土连续不断地自
质量有保障，占用塔 吊
泵送压力。需要在钢管壁 上开洞，影响结构的外观 质量，但可在装饰施工阶
下而上灌入钢管。
段进行弥补。
泵送顶升筑法
①做好浇注前的准备工作，包括混凝土压入量的计算、混凝土输送管的布置及输送管与钢管柱入 口的连接装置,见下图：
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)工程实例
深圳赛格广场
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)工程实例
广州合景国际金融广场
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)工程实例
天津津塔
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)工程实例
钢管混凝土浇灌
A2
序号 浇筑方法
原理
优点
缺点
1
立式手工浇 混凝土自钢管上口灌入，一
捣法
次浇灌高度不宜大于2m。
卸料管
传统作业
施工效率较低，质量受振 捣操作人员影响，无保证；
占用塔吊
钢管柱
混凝土
2
高位抛+辅 助性振捣法
利用混凝土从高位顺钢管下 落时产生的动能达到振实混
凝土
施工效率较高无振动 无噪音
占用塔吊，与钢结构吊装 作业冲突
施
工
经
济
承 载
效 果
力
显
提 高
著
方 便
缩 短 工
期
高
层
良 好 的 塑
性 和 抗
震 性
建 筑
中 的 优
越 性 突 出
能
disadvantages
施工方法和施工质量 检查存在弊端
构件制作安装要 求繁琐
使用范围有限
结构构件连接构造 上施工难度大
钢管混凝土的发展
最早：1879年 英国Severn铁 路桥的桥墩
3
钢管混凝土简介
钢管混凝土也称作为钢管套箍混凝土（Concrete-Filled Steel Tube 简称CFST）,它是在钢管内灌入混凝土而形成的一种组合结构。钢管 混凝土结构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，其中圆形截面和矩形截面钢管混凝土结构应用最为广泛：实心 和空心钢管混凝土。
钢管混凝土拱桥脱空的防治措施
2．从施工上来预防
为了防止核心混凝土在泵送或人工浇筑过程中产生空洞或不密实的现象，目前常用的 措施有：
(1) 沿拱管开排气孔，预湿润钢管壁，预泵送高标号水泥净浆润滑，采用附着式振捣 器振捣混凝土；
(2) 分数个舱段人工喂料浇筑并预留插孔，用振捣棒振捣混凝土；
(3) 在混凝土泵送完成后至混凝土初凝时间内，在排气管出口用抽气设备抽负压，提 高混凝土对钢管内壁的压力，以利于混凝土泌水和气体的排出，保证混凝土在对钢管有 一定压力的状态下凝结。
•钢管与混凝土的粘结问题
钢管混凝土拱桥构件脱空的问题
A1
钢管混凝土的优越性要靠钢管和管内混凝土的牢固结合形成整体共同受力才能体现， 这就需要保证管内的混凝土与钢管内壁之间能紧密接触，但在目前对已建钢管混凝土 的检测过程中均不同程度发现钢管与混凝土之间出现了脱空现象。
脱空产生的原因
1.施工过程中产生的脱空问题
(4)为了防止混凝土因收缩而产生脱空，通常在混凝土中加入膨胀剂。
钢管混凝土拱桥脱空的防治措施
3．已建成钢管混凝土拱桥脱空的处理
(1) 二次灌浆法。 (2) 外加套环法。 (3) 横穿螺栓，阻止混凝土径向收缩。 (4) 构造措施。
如：在钢管内壁设置纵向加劲肋和横向法兰圈加强钢管与核心混凝土 之间的粘结。
广州珠江新城西塔
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)工程实例
厂房柱
地铁站台柱
送变电杆塔
空间结构
其他工程
Q1
Q2
Text
Q3
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)应用中存在的问题
•钢管混凝土拱桥构件脱空的问题 •钢管混凝土浇灌质量的问题
深圳赛格广场；主体高度292m，72层，2001年建成
全部钢混凝土框架
广州合景国际金融广场；主体高度178m，41层， 2006年建成
钢管混凝土外框柱+钢板剪力墙核心筒
天津津塔，主体高度330m，75层，2011年建成
钢管混凝土斜交网络外框筒+钢筋混凝土核心筒
广州珠江新城西塔；主体高度432m，103层，2009年 建成
钢管壁 上开预 留孔
止回闸 筏
与钢管柱预 留孔焊接
埋入钢管内，开 口位于钢管柱中 心
与输送管卡接
法兰 连接 盘
②在柱上部通过检查孔将钢管柱内表面浇水润湿。
③用0.5——1.0m3同配合比的砂，先行压入泵管湿润，在柱入口处拆管流入预埋的砂浆盆内， 流完后立即恢复连接，即作泵压。
④控制泵压入速度和压力，防止压力过大，对钢柱产生破坏，压入要连续进行，安排好搅拌车， 采用一台车卸料，另一台等待。
⑤柱上端安排专人观察压入混凝土的升高，并与泵车操作人员及时联络，防止混凝土压入超量。
⑥当混凝土砂浆从钢柱上部检察孔溢出时，立即停止泵送，并迅速将压入装置的阀门关闭。此 装置在混凝土压送完毕1小时后方可拆除。
⑦混凝土压送完毕后，及时回收泵送管道内的混凝土。。
⑧当钢管混凝土终凝后，关闭闸板阀，拆除其外侧的泵管。
前苏联：CFST 轴压和偏压进 行过较为深入 的研究
美国、澳大利亚、日 本 等学者对钢管高 强混凝土构件进行研 究并在工程中应用
中国：研究对象集 中在圆钢管混凝土 结构且是钢管中灌 素混凝土的内填型 钢管混凝土结构
我国CFST结构研究的科研单位+研究成果
钢管混凝土基本构件的工
作性能、设计方法、最节早点：原中国科学院哈尔滨土建研究所
巫世 山界 长最 江长 大钢 桥管
混 凝 土 拱 桥
莆田市阔口大桥
哑铃型钢管混凝土拱梁，跨度99米，矢高19.8米 共8根φ800×14钢管 采用自密实混凝土
钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tube)工程实例
5.1 组合梁的基本概念
结构体系
代表工程
钢管混凝土柱+混凝土核心筒