钢管混凝土柱

浅谈钢管混凝土柱
摘要: 由于钢管混凝土具有承载力高,耐腐蚀,便于施工等一系列优点,它在实际工程中的应用越来越多。

从钢管混凝土柱工作原理、力学性能等方面,来显示钢管混凝土的优势。

关键词: 钢管混凝土柱; 钢筋混凝土柱;
中国图书分类号tu74文献标识码： a文章编号：2095-2104（2012）01-0020-02
钢管混凝土即在薄壁圆形钢管内填充混凝土，将两种不同性质的材料组合而形成的结构。

它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程相互之间的组合作用，充分发挥这两种材料的优点，弥补彼此的缺点，因而具有良好地力学性能和经济性。

在桥梁，工业厂房，高层建筑中的应用越来越广泛。

1、钢管混凝土的工作机理
钢管混凝土的基本原理：在钢管中填充混凝土，在力的作用下，混凝土对钢管有力的作用，但同时钢管约束了混凝土，使管内混凝土处于三向受压的应力状态，延缓其纵向微裂缝的发生和发展，从而提高其抗压强度和压缩变形能力。

借助内填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，避免发生稳定性破坏，从而提高其承载能力。

由于钢管和核心混凝土的相互作用，受力处于复杂状态，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。

2、钢管混凝土的特点
2.1、承载力高
混凝土的抗压强度高，抗弯能力很弱；钢材具有很好的抗弯性能和弹塑性变形能力。

钢管中填充混凝土，钢管对混凝土的约束，使得核心混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度。

钢管混凝土柱的承载力大于同等条件下的钢管柱的承载力和混凝土柱的承载力。

钢管混凝土柱相对于钢筋混凝土柱的承载力提高了很多。

某钢管混凝土结构中，有一钢管混凝土轴心受压短柱，柱长l=1200mm，钢管 600*8,q345钢，f s = 310。

混凝土强度等级为c40，fc = 19.1
钢管面积as =(-) = 14871.04
混凝土面积ac =*= 267728.96
套箍指标 = as f s /(ac fc ) = 14871.04* 310 /(267728.96*19.1) =0.902
则该短柱的极限承载力
= ac fc (1++ )=267728.96*19.1(1++0.902 =14582.7 kn
若为钢筋混凝土柱：=7540*2=15080
=550*550-15080=287420
= 0.9（fc a+ f y as）= 0.9*(19.1*287420+ 310*15080) = 9148.07kn 钢管混凝土柱的承载力为普通混凝土柱的1.6倍，即钢管混凝土柱的承载力提高61%。

2.2、抗震性能优越
钢管混凝土柱中，钢管相当于纵向钢筋, 同时相当于横向箍筋, 核心混凝土对钢管有横向挤压力。

同理，钢管约束了混凝土的横向变形，
二者相互贡献，协同互补，使得二者共同作用大大提高。

其m-φ滞回曲线表现较好的稳定，曲线图形饱满，耗能性能好。

在地震力反复作用下, 普通钢筋混凝土柱的保护层可能大面积脱落，钢筋暴露在空气中，严重的会发生腐蚀，影响其力学性能。

在实际工程中，也验证了这些性能的优越性。

2.3、耐火性能好
钢管内存在大量的混凝土, 混凝土的比热比钢材的比热大得多, 而钢材的导热系数却比混凝土大很多。

所以发生火灾时, 钢管混凝土柱在吸热后, 一些热量会传给混凝土,混凝土吸收大量由钢管传来的热量，使得外包钢管升温滞后。

钢管的承载力损失相对减小。

同时，可保护核心混凝土不发生崩裂。

一旦钢管部分屈服, 温度不高的混凝土依然可以承受大部分承载力, 可防止结构的倒塌, 使钢管混凝土的耐火时间增长,其防火性能比钢结构和钢筋混凝土结构更为优越。

2.4施工方便，工期大大缩短
钢筋混凝土结构的施工周期长，受气候的影响较大，并在工程中需要大量的脚手架和模板。

钢管混凝土结构施工时, 钢管本身就是模板,可省去支模、拆模的工和料和人工费，也缩短了工期。

同时, 钢管本身就是钢筋, 它兼有纵向钢筋和横向箍筋的功能。

，钢管混凝土结构的养护工艺比钢筋混凝土结构的养护工艺简化了许多。

2.5、经济效益
对一个工程来说，除了保证该工程的功能外，经济是衡量该工程的另一个标准。

取某一工程底层柱的最不利组合m=100kn*m n=50000knl=4.3m 钢筋混凝土：混凝土c60，=27.5，=2.04
钢筋hrb400，=360
计算：n=50000kn/27.5*a0.8a2272727.27
b=h=1600mm a=2560000e=767.7mm=0.499
=0.80 x=1248mm
﹤0
8根28mm =4926
钢管：混凝土c60，=27.5，=2.04
钢材q345，=310
1/d20d215mm 试取截面d=1200mmt=14mm
==0.545
= (1++)=67704.4kn＞50000kn
相比较：钢筋混凝土柱占用的面积为2560000
钢管混凝土柱占用的面积为1130400
钢管柱占用的面积是钢筋的44%。

近似计算其造价：
钢管混凝土柱：0.25**（-）*7.85=0.409
0.409*4000*4.3=7034.8元
0.25***392*4.3=1817.1元
总共为8851.9元
钢筋混凝土柱：1.6*1.6*392*4.3=4315.1元
1.6*1.6*1.5%*7.85*3800*4.3=4925.53元
4925.53*1.8/1.5=5910.6
总共为15151.23元
钢管混凝土柱能节约近42%。

这其中还未考虑模板，施工工期等因素，由此可见钢管混凝土的经济性好于钢筋混凝土。

3、钢管混凝土的待研究问题
高强度材料的应用
节点的动力力学性能研究
薄壁钢管混凝土的研究
钢管混凝土框架的整体研究
钢管混凝土的剪切研究
再生混凝土钢管的研究
新型组合结构的可靠性研究
然而，对于钢管混凝土没有统一的计算公式，只是适应某种特定的条件下的计算，对这些理论的研究也迫在眉睫。

相对于其他结构，钢管混凝土结构的研究还不充分，尤其是结构的体系研究和动力性能方面。

对这些问题还有待进一步研究。

4、结论
在高层建筑中钢管混凝土柱的优越性愈来愈突出．可以节约大量混凝土和钢材，可以降低柱子造价，增加了有效使用面积，缩短工期，获得很大的经济效益。

相信随着钢管混凝土理论研究的完善，钢管混凝土结构的应用在日常生活中越来越广泛。

参考文献
[1]韩林海. 钢管混凝土结构的特点及发展[j] 工业建筑,1998(10) :125.
[2 ] 钟善桐. 钢管混凝土结构在我国的应用和发展[j].建筑技术，2001（2）：80282
[3] 蔡绍怀. 现代钢管混凝土结构人民交通出版社,2003
注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。