組合結(jié)構(gòu)鋼管混凝土

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)蘭州理工大學(xué)目錄鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況及應(yīng)用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及特點(diǎn)影響鋼管混凝土結(jié)構(gòu)承載力的因素鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)與構(gòu)造鋼管混凝土的施工與發(fā)展第一節(jié)鋼管混凝土的發(fā)展概況及應(yīng)用1.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況鋼管混凝土（ConcreteFilledsteelTube）是在勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及螺旋配筋混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。

最早采用鋼管混凝土工程之一是1879年英國(guó)的賽文鐵路橋橋墩。1923年日本發(fā)生關(guān)西大地震后，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)得到大量應(yīng)用。

前蘇聯(lián)在19世紀(jì)五六十年代對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量研究。

我國(guó)從1959年開(kāi)始研究鋼管混凝土的基本性能。1963年將鋼管混凝土柱應(yīng)用于北京地鐵車站工程。20世紀(jì)六十年代后，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)被大量推廣運(yùn)用。2.鋼管混凝土的應(yīng)用應(yīng)用推廣階段（20世紀(jì)60年代中期至80年代中期）單層工業(yè)廠房、多層工業(yè)廠房、設(shè)備構(gòu)架柱、輸電-變電塔等工程中運(yùn)用了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)（大連造船廠）（變電構(gòu)架）提高發(fā)展階段（20世紀(jì)80年代中期迄今）

高層和超高層建筑工程中運(yùn)用的鋼管凝土結(jié)構(gòu)

（阜康大廈)（賽格廣場(chǎng)大廈）鋼管混凝土運(yùn)用在公路和城市拱橋中（四川旺蒼縣東河橋）（廣州丫髻沙大橋）第二節(jié)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及特點(diǎn)1.定義鋼管混凝土（concretefilledsteeltube，簡(jiǎn)寫CFST）是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件。2.鋼管混凝土的分類

按截面形式不同分為方鋼管混凝土、圓鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土。工程中常用的幾種截面形式有圓形、正方形和矩形。

按鋼管作用的差異，鋼管混凝土柱可分為兩

種形式:一是組成鋼管混凝土的鋼管和混凝土在受荷載初期共同受力，二是外加荷載僅作用在核心混凝土上，鋼管只起對(duì)核心混凝土的約束作用，即所謂的鋼管約束混凝土柱。

按鋼管內(nèi)部填充情況分為：實(shí)心鋼管混凝土和中空夾層鋼管混凝土。中空夾層鋼管混凝土近些年開(kāi)始在工程中得到推廣運(yùn)用，此種結(jié)構(gòu)屬于新型結(jié)構(gòu)。常見(jiàn)的幾種鋼管混凝土截面形式

（a）圓形（b）正方形（c）矩形3.鋼管混凝土的特點(diǎn)承載力高塑性和韌性好施工方便：與鋼筋混凝土柱比，采用鋼筋混凝土柱沒(méi)有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序，施工簡(jiǎn)便。耐火性能好經(jīng)濟(jì)效果好第三節(jié)影響鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的因素1.長(zhǎng)期荷載對(duì)鋼管混凝土承載力的影響

在長(zhǎng)期荷載作用下，鋼管混凝土由于其核心混凝土的壓縮徐變與收縮，有兩種現(xiàn)象發(fā)生：一是混凝土的模量降低，二是在鋼管和核心混凝土之間將產(chǎn)生內(nèi)力重分布現(xiàn)象。

一般認(rèn)為由于混凝土的徐變特性會(huì)使長(zhǎng)期荷載作用下的鋼管混凝土構(gòu)件的承載力有所降低。2.混凝土收縮對(duì)鋼管混凝土承載力的影響

鋼管混凝土構(gòu)件中混凝土的收縮分兩種情況。

第一，澆灌混凝土后立即封閉，多余水分無(wú)法揮發(fā)，混凝土處于密閉狀態(tài)下養(yǎng)生，混凝土由于水泥水化作用而產(chǎn)生的收縮是緩慢發(fā)生的，持續(xù)時(shí)間可達(dá)1年—2年之久；第二，澆灌混凝土后，隔一段時(shí)間在封閉，接近于在空氣中養(yǎng)生的條件。

對(duì)于第一種情況，可認(rèn)為混凝土的收縮是在

構(gòu)件承受荷載作用下發(fā)生的，因而由于混凝土的收縮而產(chǎn)生的內(nèi)力重分布現(xiàn)象和徐變的效果相同。

對(duì)于第二種情況，構(gòu)件在未承受荷載作用前混凝土發(fā)生縱向收縮，此收縮量相當(dāng)大，以致使混凝土產(chǎn)生橫向裂縫，因而并不引起縱向收縮應(yīng)力。在構(gòu)件開(kāi)始受載階段，荷載完全由鋼管承受，在鋼管的受壓縱向應(yīng)變等于混凝土收縮時(shí)的拉伸應(yīng)變后，橫向裂縫被壓而閉合，混凝土參與受力。

3.環(huán)境溫度對(duì)鋼管混凝土承載力的影響

溫度對(duì)鋼管混凝土受壓構(gòu)件的承載力有影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須通過(guò)計(jì)算進(jìn)行考慮。當(dāng)溫度超過(guò)100攝氏度時(shí)，構(gòu)件的承載力會(huì)下降很多。

均勻升溫到60攝氏度，軸壓構(gòu)件的組合承載力下降9%左右，到80攝氏度時(shí)，軸壓構(gòu)件的組合承載力下降13%左右，到100攝氏度時(shí)，下降18%，

承載力下降幅度與含鋼率及混凝土強(qiáng)度基本無(wú)關(guān)。4.焊接對(duì)鋼管混凝土承載力的影響

焊接會(huì)造成鋼管混凝土構(gòu)件核心混凝土強(qiáng)度指標(biāo)的下降，下降程度隨著焊接量大小而不同，焊接量越大，下降越多。

焊接過(guò)程中，由于核心混凝土吸收大量的熱量，只有一小部分的鋼材處于熱塑性狀態(tài)，在設(shè)計(jì)荷載作用下施焊時(shí)，構(gòu)件的剛度變化很小，對(duì)

其工作性能沒(méi)有明顯的影響，但不宜在同一構(gòu)件上多處同時(shí)施焊。

當(dāng)管徑越大時(shí)，局部施焊的影響將更小，因此從小尺寸構(gòu)件上得出的結(jié)論同樣適用于大尺寸構(gòu)件。第四節(jié)鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)與構(gòu)造各國(guó)的設(shè)計(jì)規(guī)范歐洲規(guī)范EC4（1994年）德國(guó)DIN18806第一部分（1984），現(xiàn)已修訂為DIN18806第五部分澳大利亞規(guī)范白俄羅斯規(guī)范日本AIJ（1980）美國(guó)AISC1994推薦的設(shè)計(jì)規(guī)程LRFD我國(guó)CECS28:90設(shè)計(jì)與施工規(guī)程鋼管混凝土統(tǒng)一理論

其基本思想是：首先分別確定鋼材和核心混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系模型，然后利用數(shù)值分析方法計(jì)算出各類構(gòu)件的綜合荷載—變形全過(guò)程關(guān)系曲線，由這些曲線推導(dǎo)出鋼管混凝土的各種綜合力學(xué)性能指標(biāo)。

1.軸心受壓構(gòu)件軸心受力作用下鋼管和混凝土的受力狀態(tài)示意圖

典型榜的鋼醋管混魄凝σ-ε關(guān)系四個(gè)階今段：彈性階尤段彈塑性剖階段塑性耳強(qiáng)化拘階段下降訂段破壞犬形態(tài)鋼管混勁凝土的嚇破壞形劑態(tài)主要去與含鋼話率有關(guān)耀，當(dāng)含躲鋼率較接低（ρ<4%）時(shí)，貧鋼管對(duì)起核心混遍凝土的侄側(cè)向約介束很小夢(mèng)，基本成上屬于拒單向受功壓，其持承載能船力相當(dāng)秘于鋼管臥與混凝著土兩者拿承載能黨力的簡(jiǎn)早單疊加狡，其破波壞形態(tài)東屬于脆腎性破壞導(dǎo)。當(dāng)含沉鋼率在5%∽杰6%時(shí)，表蘆現(xiàn)出明妄顯的塑基性性質(zhì)接，強(qiáng)度靠與變形付能力都楊有顯著成提高。療當(dāng)ρ>6%時(shí)，鋼蜂管混凝臣土強(qiáng)度堅(jiān)與變形世均大大赤提高，躬鋼管混升凝土的摸優(yōu)越性蕉得到了鎮(zhèn)充分發(fā)憐揮。工也程實(shí)踐濁證明，派鋼管混連凝土項(xiàng)的含鋼餐率一般權(quán)都應(yīng)在5%以上羨，通勞常在5%越∽1議8%最佳任，其鹿破壞核形態(tài)貼屬于客塑性純破壞恭。軸心切受壓載構(gòu)件倍的設(shè)權(quán)計(jì)軸心受摔壓構(gòu)件啄的承載文力包括縫強(qiáng)度和柏穩(wěn)定，育此外還骨有的鋼表管的局窄部穩(wěn)定按和構(gòu)件凳的容許呆長(zhǎng)細(xì)比涉的規(guī)定火。1.鋼管忠混凝卷土的純局部繩穩(wěn)定茄由限叨定鋼丘管的蹦壁厚亡來(lái)保紋證，傳要求魯壁厚獵不得舉小于超直徑彩的1%，即路：D/t≤1淡002.作為框訂架柱時(shí)無(wú)，容許餡長(zhǎng)細(xì)比【λ】=8籮0；用犬作平苗臺(tái)柱寶時(shí)，土放寬綠到10瘡0；用難作桁念架壓浴桿時(shí)太，可簽放寬談到120。3.單管柱矛的設(shè)計(jì)4.格構(gòu)式壯構(gòu)件的企設(shè)計(jì)2.軸心農(nóng)受拉捧構(gòu)件工作米原理鋼管混曉凝土結(jié)座構(gòu)主要融是用于巾受壓構(gòu)速件。但纖在實(shí)際餡工程中青有時(shí)出孫現(xiàn)鋼管伶混凝土勒構(gòu)件或謀構(gòu)件的煉一部分獵處于受糕拉狀態(tài)著，如壓獄彎、受莊彎構(gòu)件賓等。鋼咸管混凝柏土軸心懇受拉時(shí)盤，鋼管慘縱向伸桑長(zhǎng)，徑烏向收縮鴉。由于惠鋼管內(nèi)活混凝土掌限制鋼淚管的徑勾向收縮素，在鋼池管與混團(tuán)凝土之雁間產(chǎn)生斃了緊箍影力。但冊(cè)是混凝愉土的抗逐拉強(qiáng)度影很低，哄在拉力隆很小時(shí)位，混凝薦土橫向柱開(kāi)裂，玩形成很俗多微細(xì)加的裂縫派，其受邀力特點(diǎn)燈是鋼管秀為縱向貫、環(huán)向疏受拉，鎮(zhèn)而徑向畫受壓竟，并駝且一望開(kāi)始灰受力拴就產(chǎn)刃生緊退箍力辭，核墨心混墓凝土旁受環(huán)盤向和腔徑向孟等值蠶側(cè)向地壓力陳的作柏用，似而縱腦向不塌受力幻玉?？傊?，址鋼管混乒凝土軸幸心受拉森時(shí)鋼管緩承受縱戴向拉力偽，內(nèi)部暢混凝土戀僅起著織約束鋼長(zhǎng)管橫向頓變形的湯作用。棗混凝土每的約束嘗作用使球鋼管產(chǎn)遠(yuǎn)生緊箍輔力，從鞏而提高爹了鋼管胳的縱向船承載力魂。軸心床受拉墾構(gòu)件助的承蘭載力牙計(jì)算根據(jù)田鋼管境混凝錘土軸墻心受孫拉構(gòu)笛件的探工作牌原理墾，鋼物管混罷凝土雷軸心發(fā)受拉俗承載舞力可灘按鋼預(yù)管計(jì)卵算，士即Ｎ=K廈.fy.As3.偏心顫受壓屢構(gòu)件工作原斯理當(dāng)鋼管病混凝土顏受到偏赴心力作陰用時(shí)，慶一開(kāi)始掃就發(fā)生且了撓曲崇，截面斑上的應(yīng)爸力分布姜不均勻附。如果窯構(gòu)件長(zhǎng)勺細(xì)比較用?。é?lt;10），構(gòu)曠件在達(dá)霜到極限恨承載力撿之前截較面按塑漆性發(fā)展疑，構(gòu)件刊破壞為廟強(qiáng)度破習(xí)壞。當(dāng)壤構(gòu)件的排長(zhǎng)細(xì)比鏈較大時(shí)爺，構(gòu)件寬的承載李力取決做于穩(wěn)定紙。荷載—變形曲鴉線三階段熔：彈性黑階段紀(jì)（OA）彈塑舌性階怎段（AB）破壞階斜段（BC）承載綱力計(jì)原算鋼管分混凝陵土構(gòu)繭件受疏力比說(shuō)較復(fù)章雜，框但可語(yǔ)以認(rèn)斯為鋼欣管混粘凝土惑偏壓帳構(gòu)件暴受力乏實(shí)質(zhì)美是受母到軸屠向壓企力N和彎矩M同時(shí)航作用倚，可芬簡(jiǎn)化凍為3種不運(yùn)同加盼載路鐘徑。4.鋼管陽(yáng)混凝齡土構(gòu)鑼造的刷一般并規(guī)定(1)鋼材扎的選轉(zhuǎn)用，辦應(yīng)符譽(yù)合《鋼結(jié)蘭構(gòu)設(shè)徑計(jì)規(guī)趙范》的有關(guān)繁規(guī)定，戲宜選用Q23榜5、Q3扭45和Q3時(shí)90鋼。混襯凝土采養(yǎng)用普通線混凝土快，混凝逝土強(qiáng)度漁等級(jí)不眉宜低于C30。（2）鋼管潤(rùn)直徑不廈得小于100狗mm。根據(jù)貸焊接的鉤需要，佛管壁厚察度不宜念小于4mm。鋼管城外徑與牽壁厚之壤比值d/t，宜限餃制在20到85（3）鋼牌管混田凝土依的套塑箍指鹿標(biāo)θ=AS.fy/(徐AC/fc),宜限違制在0.3到3之間。（4）鋼豬管混大凝土商構(gòu)件摘的長(zhǎng)棋細(xì)比溫不宜良超過(guò)牛表里勤的限盒制（5）格訴構(gòu)柱邁的構(gòu)粉造應(yīng)燙符合感下列爆要求1）腹桿暗宜采用客空鋼管奏。格構(gòu)面柱腹桿椒和柱肢號(hào)應(yīng)直接裂焊接，腐柱肢上嚷不得開(kāi)候孔。2）斜腹趁桿格構(gòu)雨式柱。胞斜腹桿道與柱肢網(wǎng)軸線夾激角宜為40o睛∽60農(nóng)o；桿慌件軸傘線宜焦交于痰節(jié)點(diǎn)藏中心迫或腹防桿軸備線交雨點(diǎn)與榴柱肢鉛軸線柔距離語(yǔ)不宜亞大于d/4（d為柱延肢外判徑）蘋，當(dāng)斜大于d/4時(shí)，應(yīng)店計(jì)算其筑偏心影樓響；腹條桿端部趣凈距不失小于50解mm。3）平腹善桿格構(gòu)轉(zhuǎn)式柱，訂腹桿中液心距離胳不大于竹柱肢中拴心距離既的4倍；渠腹桿擱空鋼漲管面松積不掌小于決一個(gè)亮柱肢淹鋼管慌面積忙的1/不4；腹工桿的搖長(zhǎng)細(xì)順比不讓大于謀單個(gè)蹄柱肢鬧長(zhǎng)細(xì)彩比的1/2。4）三首肢或佩四肢保格構(gòu)敏式柱港應(yīng)沿買柱高霸方向叉設(shè)置仗橫隔警，橫全隔間腳距不雖應(yīng)大坦于柱給截面社長(zhǎng)邊濫的9倍或8m。在扭受有散較大哥水平掠力處蝴和運(yùn)必輸單險(xiǎn)元的樣端部稈應(yīng)設(shè)消置橫墳隔，荒沒(méi)格峰運(yùn)輸毫單元各不應(yīng)維少于栗兩個(gè)德。（6）有防況火要求尊的鋼管垃混凝土悟結(jié)構(gòu)，什可在鋼挎管外表扭面涂刷攔防火涂爺料，或縮慧涂抹厚死度不小度于50m釘m的鋼絲前網(wǎng)水泥甚石灰砂峰漿（1：2：8)。第五節(jié)絕鋼管總混凝土兵的施工破與發(fā)展施工鋼管腫混凝課土的借施工揭包括僅鋼結(jié)欣構(gòu)施竊工和秤混凝系土施犁工兩妻部分銜，且競(jìng)各有慨特殊趟性。途前者版是管燃柱的鈔制作鎖與安歉裝，喇后者燦是管慢內(nèi)混探凝土嫂的澆飯灌。管柱的汗制作就康是鋼結(jié)基構(gòu)的制砌作，其遷制作和床一般鋼責(zé)結(jié)構(gòu)相青同，都港應(yīng)在正蔥規(guī)的鋼遇結(jié)構(gòu)制嚴(yán)造廠中籍完成。脈現(xiàn)場(chǎng)安才裝則應(yīng)腳由有資刮質(zhì)的安徐裝公司反承包，額對(duì)制作腫必須嚴(yán)暈格要求塑，質(zhì)量箱應(yīng)該符鵝合有關(guān)相規(guī)范對(duì)衰質(zhì)量的各要求。混凝土川澆灌都鄉(xiāng)豐應(yīng)在現(xiàn)昨場(chǎng)進(jìn)行扒，有土局建施工責(zé)單位承爺包。管倘內(nèi)混凝疾土的澆覽灌屬隱呆蔽工程扎，無(wú)法湊直接觀各察到澆糊灌質(zhì)量雄和存在素的缺陷籌，因此鈴必須制然定嚴(yán)格暫的施工盲工藝細(xì)紀(jì)則，加蠶強(qiáng)澆灌堵工序的純監(jiān)督管揭理，澆晴