鋼管混凝土論文[實(shí)操分享]

1、淺談鋼管混凝土結(jié)構(gòu)鋼管混凝土的發(fā)展與應(yīng)用鋼管混凝土做為一種結(jié)構(gòu)構(gòu)件形式早在十九世紀(jì)八十年代就已經(jīng)被人類設(shè)計(jì)應(yīng)用。起初僅僅是用做橋墩, 然后隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高使它的應(yīng)用范圍得到了很大的擴(kuò)展。在國內(nèi), 二十世紀(jì)六十年代開始了這種結(jié)構(gòu)的研究并首先用于首都地鐵工程中。七十年代以后, 在許多工業(yè)廠房, 高爐和鍋爐構(gòu)架以及輸、變電塔架中均得到了廣泛應(yīng)用。特別是工業(yè)廠房, 鋼鐵企業(yè)的許多重工業(yè)廠房都采用了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。在一些廠房跨度很大, 柱子很高, 吊車起重量較大的結(jié)構(gòu)中, 鋼管砼的優(yōu)越性就表現(xiàn)的更為明顯。隨著時(shí)代的發(fā)展, 科技的進(jìn)步, 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在公路、城市拱橋以及高層建筑中都得到了廣泛應(yīng)用。

2、1997 年10 月建成的四川萬縣長江大橋跨度達(dá)到了420m , 這在橋梁史上也是少見的。采用鋼管混凝土柱建成的高層建筑也近二十座之多, 其中最高的深圳賽格廣場大廈地下四層, 地上七十層, 高度為278.8m, 建筑面積達(dá)到了160000m2。是迄今為止全部采用鋼管混凝土柱世界最高建筑。眾所周知，混凝土的抗壓強(qiáng)度高。但抗彎能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時(shí)容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力。而鋼管混凝土在結(jié)構(gòu)上能夠?qū)⒍叩膬?yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度可成倍提高.同時(shí)由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提高了承載能

3、力。鋼管混凝土作為一種新興的組合結(jié)構(gòu)，主要以軸心受壓和作用力偏心較小的受壓構(gòu)件為主，被廣泛使用于框架結(jié)構(gòu)中(如廠房和高層)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：鋼管混凝土在普通結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)：（1）承載力大大提高鋼管混凝土柱中，鋼管對其內(nèi)部混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度；鋼管內(nèi)部的混凝土又可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲。研究表明，鋼管混凝土柱的承載力高于相應(yīng)的鋼管柱承載力和混凝土柱承載力之和。經(jīng)有關(guān)專家實(shí)驗(yàn)和理論分析證明鋼管混凝土受壓構(gòu)件強(qiáng)度承載力可以達(dá)到鋼管和混凝土單獨(dú)承載力之和的1.7 2.0 倍。（2）

4、 具有良好的塑性和抗震性能鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內(nèi)部混凝土的破壞由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐?，?gòu)件的延性性能明顯改善，耗能能力大大提高，具有優(yōu)越的抗震性能。 塑性是指在靜載作用下的塑性變形能力。鋼管混凝土短柱軸心受壓試臉表明，試件壓縮到原長的2/3,縱向應(yīng)變達(dá)30%以上時(shí)，試件仍有承載力。據(jù)有關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明: 鋼管混凝土軸向壓縮到原長的2/ 3, 構(gòu)件表面已褶曲, 但仍有一定的承載能力?？梢娝苄灾?。在壓彎剪循環(huán)荷載作用下, 水平力與位移之間的滯回曲線十分飽滿, 吸能能力很好, 基本無剛度退化, 抗震性能大大優(yōu)越于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。（3） 經(jīng)濟(jì)效果顯著據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明, 和鋼柱相比可節(jié)約鋼材

5、50%左右, 造價(jià)大幅度降低。和鋼筋砼柱相比可節(jié)約混凝土70% 左右, 減輕自重70%, 節(jié)省模板100% , 而用鋼量相等或略多。這一點(diǎn)在已建成的諸多建筑中得到了充分證明, 前蘇聯(lián)的河鐵路橋與鋼拱橋相比節(jié)約鋼材52%, 降低造價(jià)20% 。大連造船廠船體裝配車間采用鋼管混凝柱與常規(guī)設(shè)計(jì)鋼柱相比, 節(jié)省鋼材56%。美國雙聯(lián)廣場大廈比通常的鋼框架結(jié)構(gòu)節(jié)省鋼材50% , 總造價(jià)降低30%。（4） 施工簡單, 可以大大縮短工期鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，鋼管可以做為勁性骨架承擔(dān)施工階段的施工荷載和結(jié)構(gòu)重量，施工不受混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間的影響；由于鋼管混凝土內(nèi)部沒有鋼筋，便于混凝土的澆注和搗實(shí)；鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)

6、，不需要模板，既節(jié)省了支模、拆模的材料和人工費(fèi)用，也節(jié)省了時(shí)間。 美國太平洋第一中心大廈建設(shè)速度達(dá)到了每周四層, 速度之快是其它結(jié)構(gòu)無法相比的。該種結(jié)構(gòu)形式和鋼結(jié)構(gòu)相比零件少, 焊縫短, 可以采用構(gòu)造簡單的插入式柱腳, 免去了復(fù)雜的柱腳構(gòu)造。和鋼筋混凝土柱相比, 由于鋼管本身就是耐側(cè)壓的模板, 因此在澆灌混凝土?xí)r可以免去支模、拆模等工和料。鋼管還是螺旋鋼筋, 它兼有混凝土柱中縱向受拉、受壓鋼筋和橫向箍筋之作用。從施工過程講制作鋼管遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架省工得多, 而且便于澆灌。鋼管本身就是勁性結(jié)構(gòu)構(gòu)件, 在施工階段可以起勁性鋼骨架的作用, 節(jié)省了許多支撐構(gòu)件和腳手架, 簡化了施工安裝工藝。在北方嚴(yán)寒

7、地區(qū), 還可以冬季安裝空鋼管組成的框架或構(gòu)架。開春后再澆灌混凝土, 從而爭取了時(shí)間, 加快了建設(shè)速度。鋼管混凝土在高層建筑中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)在高層建筑中, 與鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)相比鋼管砼的優(yōu)越性顯得更為突出。（1） 鋼管混凝土柱的抗壓和抗剪承載力高經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明, 抗壓承載力為混凝土柱的一倍以上,同時(shí)抗剪承載力也比鋼筋砼柱高許多。和鋼柱相比,抗壓承載力雖略低, 但卻無局部失穩(wěn)問題。而且鋼管混凝土的塑性性能好, 防止了管內(nèi)砼的脆性破壞。在高層建筑中可以做到不限制軸壓比。（2） 擴(kuò)大了使用空間由于鋼管混凝土柱的承載力高, 不但柱子截面小, 而且還可以采用大柱網(wǎng), 大空間的框架結(jié)構(gòu)體系。經(jīng)有關(guān)專家測算在高層建

8、筑中采用鋼管混凝土柱比采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)增加使用面積3% 6% ,以深圳賽格廣場大廈為例, 總建筑面積16 萬平方米, 按5%計(jì)算就可以增加使用面積8000 平方米, 相當(dāng)于多建出一個(gè)中型寫字樓。（3） 柱子截面減小對結(jié)構(gòu)抗震有利和鋼筋混凝土柱相比, 鋼管混凝土柱的自重大幅度減小, 地震作用引起的地震反應(yīng)也將減小。具有關(guān)資料分析, 高層建筑中采用鋼管混凝土柱和鋼梁等結(jié)構(gòu)體系比采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重可以減少1/ 3 1/ 2, 地震作用可以減小一半, 相當(dāng)于設(shè)防烈度下降一度。做為搞結(jié)構(gòu)的人都明白這將意味著結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的再進(jìn)一步減小。（4） 柱子截面減小, 降低了地基基礎(chǔ)的造價(jià)采用鋼筋混凝土的高層

9、建筑, 其自重一般為1.5t/ m2 2t/ m2( 不包括基礎(chǔ)) 而采用鋼管混凝土柱鋼梁結(jié)構(gòu)時(shí), 一般自重都小于1t/ m2, 在國外, 有低達(dá)0.5t/ m2 0.6t/ m2 的例子。顯然, 和采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比, 采用鋼管混凝土柱可以減小地基上單位面積荷載25% 以上, 自然, 基礎(chǔ)尺寸也相應(yīng)減少,降低了基礎(chǔ)工程造價(jià)。（5） 鋼管混凝土柱的鋼管較薄, 簡化了施工在高層建筑和超高層建筑中采用鋼管混凝土柱時(shí), 鋼管厚度一般不超過40mm, 而采用鋼結(jié)構(gòu)時(shí), 需要的鋼板厚度可達(dá)80 100mm 甚至更大。這樣的厚板, 目前國內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量保證率很低, 大部分需要國外進(jìn)口。同時(shí)對厚板制作和對

10、接焊接質(zhì)量要求也很高, 特別是現(xiàn)場進(jìn)行柱段對接焊接相當(dāng)困難, 有時(shí)可能成為阻礙現(xiàn)場施工進(jìn)度的一個(gè)復(fù)雜工序。（6） 鋼管砼柱的耐火性能好由于鋼管內(nèi)灌有混凝土, 能吸收大量的熱能, 因此遭受火災(zāi)時(shí)管柱截面溫度場的分布很不均勻, 增加了柱子的耐火時(shí)間。經(jīng)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明: 達(dá)到一級耐火三小時(shí)要求和鋼柱相比可節(jié)約防火涂料1/ 2 2/ 3 甚至更多, 隨著鋼管直徑增大, 節(jié)約涂料也越多。（7） 可安全可靠地采用高強(qiáng)度混凝土近幾看來, C60 混凝土的應(yīng)用已較為普遍, C70和C80 甚至更高標(biāo)號的混凝土也已能生產(chǎn)投入使用。據(jù)有關(guān)專家介紹為了防止高強(qiáng)混凝土構(gòu)件( 指C60 以上的混凝土) 的脆性破壞,

11、箍筋率高達(dá)20%以上, 這樣大的箍筋率將造成截面箍筋密布, 構(gòu)造十分復(fù)雜, 增加了施工的難度。用鋼管混凝土, 不但構(gòu)造簡捷, 施工方便且能達(dá)到防止高強(qiáng)混凝土脆性破壞的目的; 能夠真正發(fā)揮高強(qiáng)混凝土的作用, 同時(shí)并不多費(fèi)鋼材。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)盡管鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)很多, 但是由于它自身的特性決定了它尚存在的一些弊端。（1） 使用范圍有限從現(xiàn)已建成的眾多建筑來看, 鋼管混凝土的使用范圍還僅限于柱、橋墩、拱架等。目前還很少有使用鋼管混凝土梁的先例。這是因?yàn)榱阂话愣甲龀删匦? 而矩形的鋼管混凝土受力比較復(fù)雜而且構(gòu)造要求繁瑣, 經(jīng)濟(jì)效益不佳。（2） 從結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接構(gòu)造上講, 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)也有許多缺點(diǎn)：1) 當(dāng)鋼管混凝土柱與混凝土梁連接時(shí), 就必須借助于柱上的牛腿和加強(qiáng)板。如果與柱連接的梁較多且不在同一標(biāo)高時(shí), 就會有許多的牛腿和加強(qiáng)板。如果采用明牛腿可能在美觀上會受到影響。如果用暗牛腿, 又會或多或少地給澆灌混凝土帶來不便, 影響施工進(jìn)度。2) 當(dāng)鋼管混凝土柱與無梁蓋連接時(shí), 尤其是采用升板法施工時(shí), 板與柱的連接構(gòu)造是相當(dāng)復(fù)雜的,會直接影響到施工的進(jìn)度。3) 為了能夠充分發(fā)揮鋼管混凝土的承載力, 鋼管混凝土的連接應(yīng)盡可能地將連接力可靠地傳遞到核心混凝土上。常采用柱頂蓋板、柱