自密实钢管混凝土研究与工程应用

自密实钢管混凝土研究与工程应用

在介绍自密实钢管混凝土特点及应用基础上，综述了国内外在自密实钢管混凝土性能方面的数值计算及试验研究进展，并以工程实例对自密实钢管混凝土进行了现场模拟试验和分析，采取的高抛自密实混凝土技术方案，较好的满足了设计和施工要求，可为类似采用该技术的工程做参考。

标签：钢管；自密实混凝土；研究；工程应用

Abstract：Based on the Characteristics and application of Self-Compacting Concrete（SCC）and steel tubular filled with concrete，the development of numerical calculation and experimental research home and abroad are expounded. Taking Xiamen Xinglin operations center as an example，Simulation test and analysis of Self-Compacting Concrete（SCC）and steel tubular are finished. The technical scheme of high dropping self- compacting concrete（SCC）is met the requirements of design and construction.

Key word：steel tubular；Self-Compacting Concrete（SCC ）；research；Engineering application

自密实混凝土可以依靠自重及流动性填充试模，并且保持混合料的均匀性，尤其适用于薄壁、结构形状复杂、振捣困难以及对施工噪声有特殊要求的工程[2]。因此，在钢管内填充自密实混凝土形成的组合结构材料，具有很好的工程应用前景。近年来，钢管自密实混凝土在工程中的应用范围日益广泛，我国的北京南站改扩建工程[3]、国家体育馆“鸟巢”[4]、厦门财富中心[5]等工程中均使用了钢管自密实混凝土，取得了很好的技术与经济效益。本文先介绍自密实混凝土研究进展情况，再就具体的工程实例进行自密实混凝土配合比优化，以及施工模拟试验与分析，并在工程中开展应用。

1.自密实钢管混凝土研究进展

由于自密實混凝土的特点，自90年代以来，自密实混凝土得到了迅速的发展和推广应用。近年来在国内外陆续展开了对钢管自密实混凝土的研究，研究包括其与普通钢管混凝土在承载力方面的差别，钢管自密实混凝土受力性能、材料本构关系等方面的研究等。

在承载力试验研究方面，中南大学蒋丽忠、余志武教授等通过钢管自密实混凝土短柱轴压试验[6]，研究了不同混凝土强度等级、钢管中部是否开小孔或不同高度的横槽以及不同加载方式对钢管自密实混凝土极限承载力的影响。

尧国皇、韩林海教授在自密实钢管混凝土力学性能方面做了较多研究。通过18个轴压构件和20个压弯构件，进行了试验研究和理论分析。考虑了核心混凝土的振捣方式、截面形式、径厚比和荷载偏心率等参数[7]。

大连理工大学黄承逵等人对15根钢管自应力自密实混凝土柱和3根普通钢管自密实混凝土柱进行了偏心受压试验研究。结果表明：与普通钢管自密实混凝土相比，钢管自应力自密实混凝土具有较长的弹性工作段，初始自应力对结构的破坏形态几乎没有影响[8]。

王庆利等[9]研究钢管自密实混凝土轴压构件的静力性能，为辽宁省相关地方标准的编制提供参考依据。方法通过18个钢管自密实混凝土轴压构件（内填混凝土的立方试块抗压强度达96 MPa）的静力试验，时轴压构件的破坏模态、轴力一中截面挠度曲线、轴力一应变曲线和侧向挠曲线形状等进行了分析。从试验研究的整体情况来看，浇筑强度达96 MPa的混凝土的钢管自密实混凝土与普通钢管混凝土在静力性能方面没有本质区别。对钢管自密实混凝土轴压构件的静力性能进行有限元模拟，进一步了解其工作机理分析。在试验研究的基础上，采用有限元法建立分析模型并模拟试件的轴力一中截面挠度曲线和破坏模态，验证有限元分析模型可靠，以此模型深入研究了钢管自密实混凝土轴压构件中钢管和混凝土应力和应变等的分布规律[10]。

朱国平等借助有限元分析软件ANSYS，考虑了钢管与混凝土两种材料本构关系的非线性，对轴心受压钢管自密实混凝土短柱进行了大量的非线性有限元分析，建立了钢管自密实混凝土短柱在轴心压力作用下的非线性有限元计算模型[11]。

国外的一些学者也对钢管自密实混凝土受力性能、与钢管普通混凝土等方面进行了大量的试验研究。除了对钢管自密实混凝土的大量研究外，工程中的应用也在大力推广。

2.工程案例分析

2.1 工程概况

某工程建筑高度262m，南北边长最长约为205m，建筑占地面积为8049.5m2，地下3层主要是商业购物广场、停车位、机房等，地上1层～4层为商业部分，5层～53层为办公部分，54层为观光大厅。

本工程大楼竖向采用钢管柱承载体系，主楼存在14根钢管混凝土柱，钢管内填充C60混凝土，单根钢管直径900～1200mm，在钢管柱与钢梁、斜撑连接部位内设横向环形加劲板，加劲板中心设有通孔。加劲板的存在使钢管内混凝土不易振捣、施工难度大。为保证钢管混凝土结构的施工质量，采用C60自密实混凝土高抛法进行浇筑。

2.2 自密实混凝土配制

按照《自密实混凝土应用技术规程》（JGJT283-2012）要求配制自密实混凝土。

2.2.1 混凝土原材料的选用

（1）水泥

选用标号为P·O42.5R闽福水泥，性能指标检验结果符合GB175-2007中P·O42.5R水泥的技术要求。