钢管混凝土结构 钢管混凝土的特点及工程应用

钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土和螺旋钢筋,混凝土的基础上演变和发展起来的,是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。

文章目录：

1. 钢管混凝土的特点及工程应用
2. 钢管混凝土中为什么混凝土的强度能提高

一、钢管混凝土的特点及工程应用

摘 要:钢管混凝土结构是目前发展较快的结构类型。本文就钢管混凝土结构的特点和工程应用两方面作了介绍,使读者对钢管混凝土结构有更详细的了解。

关键词:钢管混凝土 特点 工程应用

　　钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土和螺旋钢筋,混凝土的基础上演变和发展起来的,是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂的应力状态之下,使混凝土的强度得以提高。同时,由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲, 可以保证其材料性能的充分发挥。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等,其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。

　　1 钢管混凝土结构的特点

　　1.1 承载力高、塑性及韧性好

　　钢管混凝土柱中,钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度;钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明,钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏,构件的延性性能明显改善,耗能能力大大提高具有优越的抗震性能。

　　1.2 施工方便,工期缩短

　　钢管混凝土结构施工时,钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量,施工不受混凝土养护时间的影响;由于钢管陵和混凝土内部没有钢旦汪猜筋, 便于混凝土的浇注和捣实;钢管混凝土结构施工时,不需要模板,既节省了支模、拆模的材料和人工费用, 也节省了时间。

　　1.3 耐火性能较好

　　由于钢管内填有混凝土,能吸收大量的热能,因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀,增加了柱子的耐火时间,减慢钢柱的升温速度,并且一旦钢柱屈服,混凝土可以承受大部分的轴向荷载,防止结构倒塌。组合梁的耐火能力也会提高,因为钢梁的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低。经实验统计数据表明:达到一级耐火3 小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/3-2/3 甚至更多,随着钢管直径增大,节约涂料也越多。

　　1.4 经济效果好

　　钢管混凝土作为一种较合理的结构形式,采用钢管混凝土可以很好的发挥钢材和混凝土两种材料的特性和潜力,使材料得到更为从分和合理的应用,因此,钢管混凝土具有良好的经济效果。大量工程实际表模型明:采用钢管混凝土的承压构件比普通钢筋混凝土承压构件约可节省混凝土50%,减轻结构自重50% 左右,钢材用量略高或略相等;和钢结构相比,可以节省钢材5 0 % 左右。早在19 世纪80 年代,钢管混凝土结构就已经出现。例如,1879 年英国赛文(severn)铁路桥的建造中采用了钢管桥墩,在钢管中灌了混凝土以防止内部锈蚀并承受压力。前苏联乌拉尔的伊谢特铁路桥采用钢管混凝土构件做拱形桁架的上弦和上部建筑的柱子,省钢25％。1961 年比利时建造船坞时,采用钢管混凝土构件做桁架的压杆和立柱,比钢结构节省钢材40%。我国钢管混凝土结构技术的开发和应用已有近40 年的历史。1966 年钢管混凝土结构应用于北京地铁车站工程,20 世纪70 年代又在单层工业厂房、重型构架中得到了成功的应用。近10 年来,随着国家经济的迅猛发展,钢管混凝土结构在我国的高层建筑工程、地铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了卓有成效地应用,推动了建造技术的发展。

二、钢管混凝土中为什么混凝土的强度能提高

钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。

钢管混凝土拱桥属于钢混凝土组合结构中的一种。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。

钢管混凝土拱桥真正的发展是在20世纪90年代的中国。我国第一座钢管混凝土拱桥是1990年建成的四川旺苍东河大桥，跨径110m，据不完全统计，十多年来在我国己建的和在建的钢管混凝土拱桥约有200多座，其中跨径超过200m的有30多座。1995年，广东三山西大桥是第一座跨径超过200m的钢管混凝土拱桥，也是第一座飞燕式拱桥。

钢管混凝土的基本原理

1、利用横向钢管，对受压混凝土施加侧向约束，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。

2、借助内填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变窑钢管的失稳模态，从而提高其承载能力。钢管混凝士利用钢管和混凝土中材料在受力过程中的相互作用即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。

同时，由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲。可以保证其材料性能的充分发挥；另外，在钢管混凝土的施工过程中，钢管还可以作为浇筑其核心混凝土的模板。总之通过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝土，不仅可以弥补两种材料各自材料的缺点，而且能够充分发挥二者的优点，这也正是钢管混凝土组合结构的优势所在。

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