浅谈钢管混凝土的性能

浅谈钢管混凝土的性能

发表时间：2017-08-11T10:19:28.400Z 来源：《基层建设》2017年第11期作者：董福瑞[导读] 摘要：钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。山东科技大学山东 271000

摘要：钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。现代建筑工程对建筑材料和建筑结构的要求越来越高，钢管混凝土能够应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展并满足承受恶劣条件的需要，符合现代施工技术工业化要求。本文将从钢管混凝土的发展历史及相关性能对钢管混凝土进行简要叙述。

关键词：钢管混凝土；发展史；性能

1.钢管混凝土结构的发展史

1.1国外钢管混凝土发展史

钢管混凝土结构的应用已有80多年的漫长历史，它和螺旋箍筋混凝土结构几乎同时出现。早在20世纪初，美国就在一些单层房屋建筑中采用圆形钢管混凝土柱。30年代末期，在前苏联曾用钢管混凝土建造了跨度101m的公路拱桥和跨度140m的铁路拱桥。60年代前后，钢管混凝土结构的应用，在前苏联、西欧、北美和日本等工业发达的国家受到重视，曾在厂房建筑、多层和高层建筑、立交桥以及特种工程结构中加以应用，收到了良好的效果。

20世纪50年代前苏联对钢管混凝土结构进行了大量研究，并在一些土建工程结构中进行了应用。在西欧一些国家如英国、德国和法国等，主要研究方钢管混凝土、圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土结构，核心混凝土为素混凝土，或在核心混凝土中配置钢筋或型钢。目前的设计规程主要有EC4（1996）、德国的DINl880（1997）等：美国以研究方钢管混凝土和圆钢管混凝土为主，核心混凝土为素混凝土，设计规程主要有ACl319．89、SSLC（1979）和LRFD（1994）：日本1923年关西大地震后，发现钢管混凝士结构在地震中的破坏并不明显，这就促使在以后的建筑尤其是（多）高层建筑中，钢管混凝士得到大量应用，特别是1995年阪神地震后，钢管混凝土更显示了优越、超群的抗震性能，钢管混凝土的研究进一步成为热门话题之一。日本主要研究方钢管混凝土、圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土结构，核心混凝士为素混凝土或配筋混凝土，目前的设计规程主要有AIJ（1980、1990）。澳大利亚和加拿大等国学者，目前仅仅对薄壁钢管混凝土结构进行了系统深入的研究，正在编制自己的设计规程。

1.2国内钢管混凝土发展史

钢管混凝士结构由于各种局限，其优势长期在国内未能得到应有的展现。我国从1959年刚开始研究钢管混凝土的基本性能和应用；1963年成功地将钢管混凝土柱用于地铁车站工程。1990年我国又颁布了专门的《钢管混凝土结构设计与施工规程》，及时地为现代钢管混凝土结构在我国的推广应用提供了技术后盾。特别是最近10年，国家经济迅猛发展，基础设施大量兴建，现代钢管混凝土结构技术在高层建筑和大跨桥梁中得到卓有成效的应用，有力地推动了该领域营造技术的进步，取得了令人瞩目的成就，而钢管混凝土结构技术自身也在工程实践中得到了新的发展。我国主要集中研究在钢管中浇灌素混凝土的内填型钢管混凝土结构，在这方面最早开展工作的是原中国科学院哈尔滨土建研究所：随后，原建筑材料研究院、北京地下铁道工程局、原哈尔滨建筑工程学院、冶金部冶金建筑科学研究院、电力工业部民力研究所及中国建筑科学研究院等单位都先后对基本构件的工作性能、设计方法节点构造和施工技术等开展了比较系统的研究。目前正致力于探索在高层建筑中加以应用。

2.钢管混凝土结构性能分析

2.1钢管混凝土优势

（1）受力合理，能充分发挥混凝土与钢材的特长，从而使构件的承载能力大大提高。从另一方面而言，对于同样的负荷，钢管混凝土构件的断面将比钢筋混凝土构件显著减小。对混凝土来说，由于钢管约束，改变了受力性能，变单向受压为三向受压，使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说，薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外，局部缺陷特别是不对称缺陷的存在，将使实际的稳定承载力比理论值小得多。由于混凝土充填了钢管，保证了薄壁钢管的局部稳定，使其弱点得到了弥补。（2）具有良好的塑性性能。混凝土是脆性材料，混凝土的破坏具有明显的脆性性质，即使是钢筋混凝土受压构件，尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏，也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的，甚至是大量的。而钢管混凝土结构中，由于核心混凝土是处于三向约束状态，约束混凝土与普通混凝土不同，不仅改善了使用阶段的弹性性质，而且在破坏时产生很大的塑性变形，钢管混凝土柱的破坏，完全没有脆性特征，属于塑性破坏。此外，这种结构具有良好的抗疲劳、耐冲击的性能。（3）施工简单，缩短工期。钢管本身就是模板，因此比钢筋混凝土构件省去了模板。钢管本身既是纵筋又是箍筋，这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单，并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架，可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利，不仅节省了大量施工中的材料，减少了施工工作量，而且大大减少了现场露天工作，改善了工作条件，同时也加快了施工、缩短工期。

（4）获得了很好的经济效果。与钢结构相比，节约了大量钢材。根据多项工程统计，钢管混凝土大约能节省钢材50%，因而相应地也降低了造价。与钢筋混凝土结构相比，大约可减少混凝土量的一半，而用钢量大致相当。这样随之带来的优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小，减少了结构占地面积。由于省去了大量的模板，节省了大量木材，降低了费用，因此其取得了显著的经济效果。（5）具有良好的抗震性能。由于结构自重大大减轻，这对减小地震作用大为有利。结构具有良好的延性，这在抗震设计中是极为重要的。而对于一般钢筋混凝土柱，尤其是轴压和小偏心受压柱是难以克服的缺点。（6）具有美好的造型与最小的受风面积。圆形柱不仅以其美好的造型而且因其无棱角，所以特别适用于公共建筑的门厅、大厅、车站\车库、城市立交桥以及露天塔架等高耸结构。

2.2钢管混凝土结构的缺点

（1）使用范围有限

从现已建成的众多建筑来看，钢管混凝土的使用范围还仅限于柱、桥墩、拱架等。目前还很少有使用钢管混凝土梁的先例。这是因为梁一般都做成矩形。而矩形的钢管混凝土受力比较复杂而且构造要求繁琐，经济效益不佳。（2）从结构构件的连接构造上讲，钢管混凝土结构也有许多缺点