钢管约束混凝土结构技术研究与应用二-兰州大学土木工程与力学学院
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2007 年开始，项目组成员即在全国推广钢管约束混凝土结构技术，先后在 大连中国石油大厦、哈尔滨科技创新大厦、淮南体育馆、大连奥体中心（体育馆、
体育场、网球场）、黑龙江东极宝塔、哈尔滨投资大厦、海南东软软件园、沈阳
检察院、青岛海天大酒店、惠州华润小径湾酒店、重庆机场 T3 航站楼、重庆中
科大厦、重庆忠县竞技馆等 40 余项工程中得到应用，取得了显著的经济效益和
为主的框架中长柱和以剪切破坏为主的框架短柱。提出了考虑钢管约束时变效应 的中长柱滞回曲线纤维模型数值计算方法，分别建立了中长柱和短柱的荷载-变 形恢复力模型，提出了框架柱的抗剪承载力计算公式，提出了轴压比、钢管径厚 比、方钢管设肋等构造措施；解决了国内外缺少钢管约束混凝土框架柱成套抗震 设计技术的问题。
项目组在国家科技计划、国家自然科学基金及企业科技项目的资助下，历时 近 20 年，通过大量理论研究、模型试验、数值模拟和工程实践，对钢管约束混 凝土结构技术开展了全面深入的研究和应用，取得了系统的技术成果。项目的主 要创新性技术内容：
1. 提出新构件和新节点，形成新结构： 提出钢管约束型钢混凝土构件，并将钢管约束钢筋混凝土构件从加固领域引 入新建结构领域；针对新建结构，分别提出了钢管约束钢筋混凝土和钢管约束型 钢混凝土的新型梁柱节点形式；将两种钢管约束混凝土构件及其新型梁柱节点与 传统的结构体系相结合，形成了钢管约束混凝土框架、钢管约束混凝土框架-混 凝土剪力墙/筒体、钢管约束混凝土桥梁等新型结构。 2. 钢管约束混凝土构件的静力性能与设计技术 对钢管约束混凝土的本构关系、轴压力学性能、偏压力学性能进行了系统的 研究。针对两种钢管约束混凝土构件，提出了受钢管约束混凝土的应力-应变关 系模型，提出了短柱轴压承载力和中长柱轴压稳定承载力计算方法，提出了偏压 短柱的截面轴力-弯矩相关技术方法，提出了偏压中长柱的稳定承载力计算方法， 提出了构造措施；解决了国内外缺少钢管约束混凝土构件成套设计技术的问题。 3. 钢管约束混凝土构件的抗震性能与设计技术 对两种钢管约束混凝土构件的抗震性能进行了系统的研究，包括以弯曲破坏
四、主要完成单位
重庆大学、哈尔滨工业大学、兰州大学为项目主要完成单位。
五、创新推广贡献
与传统的组合结构相比，本项目提出的钢管约束混凝土结构承载力高、抗震 抗火性能好、施工方便，可降低结构竖向承重体系造价约 15%以上，且钢管约束 混凝土柱可解决高层大跨结构底层柱采用钢筋混凝土难以满足抗震要求而采用 钢管混凝土则节点复杂的问题，经济效益和综合效益显著。
4. 钢管约束混凝土构件的抗火性能与设计技术 对两种钢管约束混凝土构件的抗火性能进行了系统的研究。提出了火灾下和 火灾后两种钢管约束混凝土构件的受力全过程分析方法，提出了轴压和偏压短柱 及中长柱的火灾下承载力简化计算方法，建立了完整的抗火设计方法，提出了构 造措施；解决了国内外缺少钢管约束混凝土构件抗火设计技术的问题。 5. 钢管约束混凝土结构的节点及整体结构抗震性能与设计技术 对两种钢管约束混凝土结构的梁柱节点及结构体系的抗震性能进行了系统 的研究。建立了梁柱节点核心区的抗震受剪承载力计算方法，建立了钢管约束混 凝土柱-钢梁框架节点区的钢管-混凝土界面受剪承载力计算方法，提出了全面的 节点构造措施；对钢管约束混凝土框架、钢管约束混凝土框架-混凝土剪力墙/筒 体等整体结构进行了深入研究，建立了钢管约束混凝土结构的罕遇地震弹塑性分 析成套技术，提出了结构体系设计方法；解决了钢管约束混凝土用于新建结构时 节点和结构体系设计技术缺失的问题。 本项目的系统研究成果已被我国行业标准《钢管约束混凝土结构技术标准》 （已报批）完整采纳；研究成果获发明专利 8 项，出版学术专著 1 部，发表学术 论文 80 篇（其中论文 42 篇），培养硕士和博士研究生 22 名。
知识产权 类别
wenku.baidu.com
知识产权具体名称
授权号
权利人
发明专利 有效状态
发明 专利
发明 专利
节点区复式钢管的圆形钢管约束钢筋混凝土 ZL201610036989.0 重庆大学
柱-钢梁框架节点
钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱ZL201610037159.X 重庆大学
钢梁框架节点
有效 有效
发明 专利
钢管约束钢筋混凝土桥墩体系
综合效益。
目前，本项目成果已经编制成为国家行业标准《钢管约束混凝土结构技术标
准》，并将于 2018 年内发布。项目组将进一步发挥产学研合作优势，开展技术标
准的宣讲工作，开展更广泛的技术推广工作，将钢管约束混凝土结构这一具有优
越性能和良好效益的新型组合结构推广到更广泛的工程实践中。
六、主要知识产权证明目录
一、项目名称：钢管约束混凝土结构技术研究与应用 二、申报奖种：科技进步奖 三、项目简介
钢-混凝土组合结构（简称：组合结构）的承载力高、刚度适宜、抗震性能 好、施工效率高、经济和综合效益好，在我国的重点工程中得到了广泛应用。组 合结构的主要形式是钢管混凝土和型钢混凝土，但钢管混凝土存在耐火极限偏低、 与混凝土梁连接复杂、薄壁高强钢管难以应用等问题，而型钢混凝土也存在梁柱 节点复杂、轴压比限值低、框架短柱抗震性能不足等问题。本项目研发的钢管约 束混凝土结构技术（包括两种：钢管约束钢筋混凝土、钢管约束型钢混凝土）， 解决了两种传统组合结构的相关技术难题，为工程师提供了组合结构的第三种选 择，有力地推动了组合结构的发展。
ZL201510293764.9 重庆大学
有效
发明 专利
钢管-开孔端板预埋件设置方法
哈尔滨工 ZL201010608289.7
业大学
有效
发明 专利
圆钢管混凝土柱与钢筋混凝土剪力墙的节点
哈尔滨工
ZL201010608326.4
连接方法
业大学
有效
七、主要完成人情况
周绪红：第一完成人，中国工程院院士，工作单位：重庆大学，完成单位： 重庆大学。在项目中负责研究思路的把握，研究方案与技术路线的制定，以及协 调项目的顺利完成。在该项目研究中投入的工作量占本人总工作量的80%。对本 项目主要创造性贡献包括：提出了钢管约束型钢混凝土构件，将钢管约束钢筋混 凝土构件从加固领域引入新建结构领域；建立了钢管约束钢筋混凝土和钢管约束 型钢混凝土短柱及超短柱的简化受力模型与抗震设计理论；开发了钢管约束型钢 混凝土梁柱节点，阐明了节点剪切受力机理；提出了钢管约束混凝土框架、钢管 约束混凝土框架-混凝土剪力墙/筒体等新型结构体系，建立了钢管约束混凝土结 构的罕遇地震弹塑性分析成套技术。
体育场、网球场）、黑龙江东极宝塔、哈尔滨投资大厦、海南东软软件园、沈阳
检察院、青岛海天大酒店、惠州华润小径湾酒店、重庆机场 T3 航站楼、重庆中
科大厦、重庆忠县竞技馆等 40 余项工程中得到应用，取得了显著的经济效益和
为主的框架中长柱和以剪切破坏为主的框架短柱。提出了考虑钢管约束时变效应 的中长柱滞回曲线纤维模型数值计算方法，分别建立了中长柱和短柱的荷载-变 形恢复力模型，提出了框架柱的抗剪承载力计算公式，提出了轴压比、钢管径厚 比、方钢管设肋等构造措施；解决了国内外缺少钢管约束混凝土框架柱成套抗震 设计技术的问题。
项目组在国家科技计划、国家自然科学基金及企业科技项目的资助下，历时 近 20 年，通过大量理论研究、模型试验、数值模拟和工程实践，对钢管约束混 凝土结构技术开展了全面深入的研究和应用，取得了系统的技术成果。项目的主 要创新性技术内容：
1. 提出新构件和新节点，形成新结构： 提出钢管约束型钢混凝土构件，并将钢管约束钢筋混凝土构件从加固领域引 入新建结构领域；针对新建结构，分别提出了钢管约束钢筋混凝土和钢管约束型 钢混凝土的新型梁柱节点形式；将两种钢管约束混凝土构件及其新型梁柱节点与 传统的结构体系相结合，形成了钢管约束混凝土框架、钢管约束混凝土框架-混 凝土剪力墙/筒体、钢管约束混凝土桥梁等新型结构。 2. 钢管约束混凝土构件的静力性能与设计技术 对钢管约束混凝土的本构关系、轴压力学性能、偏压力学性能进行了系统的 研究。针对两种钢管约束混凝土构件，提出了受钢管约束混凝土的应力-应变关 系模型，提出了短柱轴压承载力和中长柱轴压稳定承载力计算方法，提出了偏压 短柱的截面轴力-弯矩相关技术方法，提出了偏压中长柱的稳定承载力计算方法， 提出了构造措施；解决了国内外缺少钢管约束混凝土构件成套设计技术的问题。 3. 钢管约束混凝土构件的抗震性能与设计技术 对两种钢管约束混凝土构件的抗震性能进行了系统的研究，包括以弯曲破坏
四、主要完成单位
重庆大学、哈尔滨工业大学、兰州大学为项目主要完成单位。
五、创新推广贡献
与传统的组合结构相比，本项目提出的钢管约束混凝土结构承载力高、抗震 抗火性能好、施工方便，可降低结构竖向承重体系造价约 15%以上，且钢管约束 混凝土柱可解决高层大跨结构底层柱采用钢筋混凝土难以满足抗震要求而采用 钢管混凝土则节点复杂的问题，经济效益和综合效益显著。
4. 钢管约束混凝土构件的抗火性能与设计技术 对两种钢管约束混凝土构件的抗火性能进行了系统的研究。提出了火灾下和 火灾后两种钢管约束混凝土构件的受力全过程分析方法，提出了轴压和偏压短柱 及中长柱的火灾下承载力简化计算方法，建立了完整的抗火设计方法，提出了构 造措施；解决了国内外缺少钢管约束混凝土构件抗火设计技术的问题。 5. 钢管约束混凝土结构的节点及整体结构抗震性能与设计技术 对两种钢管约束混凝土结构的梁柱节点及结构体系的抗震性能进行了系统 的研究。建立了梁柱节点核心区的抗震受剪承载力计算方法，建立了钢管约束混 凝土柱-钢梁框架节点区的钢管-混凝土界面受剪承载力计算方法，提出了全面的 节点构造措施；对钢管约束混凝土框架、钢管约束混凝土框架-混凝土剪力墙/筒 体等整体结构进行了深入研究，建立了钢管约束混凝土结构的罕遇地震弹塑性分 析成套技术，提出了结构体系设计方法；解决了钢管约束混凝土用于新建结构时 节点和结构体系设计技术缺失的问题。 本项目的系统研究成果已被我国行业标准《钢管约束混凝土结构技术标准》 （已报批）完整采纳；研究成果获发明专利 8 项，出版学术专著 1 部，发表学术 论文 80 篇（其中论文 42 篇），培养硕士和博士研究生 22 名。
知识产权 类别
wenku.baidu.com
知识产权具体名称
授权号
权利人
发明专利 有效状态
发明 专利
发明 专利
节点区复式钢管的圆形钢管约束钢筋混凝土 ZL201610036989.0 重庆大学
柱-钢梁框架节点
钢梁贯通式的圆形钢管约束钢筋混凝土柱ZL201610037159.X 重庆大学
钢梁框架节点
有效 有效
发明 专利
钢管约束钢筋混凝土桥墩体系
综合效益。
目前，本项目成果已经编制成为国家行业标准《钢管约束混凝土结构技术标
准》，并将于 2018 年内发布。项目组将进一步发挥产学研合作优势，开展技术标
准的宣讲工作，开展更广泛的技术推广工作，将钢管约束混凝土结构这一具有优
越性能和良好效益的新型组合结构推广到更广泛的工程实践中。
六、主要知识产权证明目录
一、项目名称：钢管约束混凝土结构技术研究与应用 二、申报奖种：科技进步奖 三、项目简介
钢-混凝土组合结构（简称：组合结构）的承载力高、刚度适宜、抗震性能 好、施工效率高、经济和综合效益好，在我国的重点工程中得到了广泛应用。组 合结构的主要形式是钢管混凝土和型钢混凝土，但钢管混凝土存在耐火极限偏低、 与混凝土梁连接复杂、薄壁高强钢管难以应用等问题，而型钢混凝土也存在梁柱 节点复杂、轴压比限值低、框架短柱抗震性能不足等问题。本项目研发的钢管约 束混凝土结构技术（包括两种：钢管约束钢筋混凝土、钢管约束型钢混凝土）， 解决了两种传统组合结构的相关技术难题，为工程师提供了组合结构的第三种选 择，有力地推动了组合结构的发展。
ZL201510293764.9 重庆大学
有效
发明 专利
钢管-开孔端板预埋件设置方法
哈尔滨工 ZL201010608289.7
业大学
有效
发明 专利
圆钢管混凝土柱与钢筋混凝土剪力墙的节点
哈尔滨工
ZL201010608326.4
连接方法
业大学
有效
七、主要完成人情况
周绪红：第一完成人，中国工程院院士，工作单位：重庆大学，完成单位： 重庆大学。在项目中负责研究思路的把握，研究方案与技术路线的制定，以及协 调项目的顺利完成。在该项目研究中投入的工作量占本人总工作量的80%。对本 项目主要创造性贡献包括：提出了钢管约束型钢混凝土构件，将钢管约束钢筋混 凝土构件从加固领域引入新建结构领域；建立了钢管约束钢筋混凝土和钢管约束 型钢混凝土短柱及超短柱的简化受力模型与抗震设计理论；开发了钢管约束型钢 混凝土梁柱节点，阐明了节点剪切受力机理；提出了钢管约束混凝土框架、钢管 约束混凝土框架-混凝土剪力墙/筒体等新型结构体系，建立了钢管约束混凝土结 构的罕遇地震弹塑性分析成套技术。