圆钢管混凝土结构研究现状.docx

建筑与结构设计圆钢管混凝土结构研究现状research status on concrete filling circular steel tubes structure李艳双 ,王自光（秦皇岛龙门工程项目管理有限公司，河北 秦皇岛 066500）li yan-shuang ，wang zi-guang(qinhuangdao longmen engineering project corporation,qinhuangdao 066500,china)【摘 要】介绍了圆钢管混凝土结构的特点，并系统阐述了我国近几十年对圆钢管混凝土结构的研究现状。指出了圆钢管混凝土结构的研究方向和应用前景。【abstract】this article introduces the characteristics of concrete filled circular steel tube structure, and systematically expounded the research status on it in the past few decades. the research direction and application prospects of this type of structure ispresented at last.【关键词】圆钢管混凝土结构；受压性能；耐火性能；抗剪性能【key words】concrete filled circular steel tube structure; compression performance; fire-resistant; shear behavior【中图分类号】tu528.1【文献标志码】a【文章编号】1007-9467（2012）10-0045-02管对核心混凝土的套箍约束作用，使核心混凝土处于三向受压状态，从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形1 引言近 20 年来，随着我国大兴土木，高层、超高层、大跨度结构不断涌现，钢管混凝土结构得到了广泛的应用和普及。钢管 混凝土是将混凝土填入钢管内形成的组合结构。钢管混凝土 按照截面形式可分为圆钢管混凝土、方钢管混凝土、矩形钢管 混凝土、异形钢管混凝土等，按照材料组成分为普通钢管混凝土、高强钢管混凝土、薄壁钢管混凝土、钢管自应力混凝土等。能力；与单纯的钢结构相比，内部核心混凝土对外部钢管起到支撑作用，增强钢管壁的稳定性，提供钢管壁抵抗局部失稳的能力，从而使其发挥更高的承载力1。2.2 塑性变形能力强塑性是指在静载作用下的塑性变形能力。由于由钢管代 替了混凝土内部的钢筋，使其具有比普通钢管混凝土更好的 塑性变形能力，内部核心混凝土三向受压，其压缩变形能力也2圆钢管混凝土的特点2.1 承载力高与普通钢筋混凝土结构相比，圆钢管混凝土借助圆形钢得到提高。2.3 经济效益好在大型高层、超高层、大跨度等建筑中，用圆钢管混凝土 代替普通钢筋混凝土和结构钢，可大幅度节省钢材、水泥的用量，减小截面尺寸，减轻结构自重，具有良好的经济效益。理论【作者简介】李艳双（1979），女，河北秦皇岛人，工程师，从事结构工程设计与研究，（电子信箱）516460896。45architectural and structural design。工程建设与设计construction & design for project分析和工程实践都表明，钢管混凝土与结构钢相比，在保持自影响圆钢管混凝土柱耐火极限的因素很多，周继忠，郑永重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材约 50%，焊接工作量可大幅度减少；与普通钢筋混凝土结构相比，在保持钢材用乾6采用灰色系统理论中的灰色关联分析方法，对影响圆钢管混凝土柱耐火极限的因素进行灰色关联度分析计算和排序。 结果表明，各关联因素对圆钢管混凝土柱耐火极限影响程度 的大小排序依次为：防火保护层厚度、火灾荷载比、截面尺寸、 构件长细比、钢管屈服强度、截面含钢率、混凝土强度、荷载偏 心率。韩金生等7设计了 1 个钢管素混凝土柱和 3 个配筋钢管 混凝土柱的火灾试验，研究了配筋钢管混凝土柱的火灾行为、 截面温度场、变形和耐火极限，并在数值计算结果和试验结果 的基础上,给出了配筋钢管混凝土柱截面温度场和耐火极限的量相近和承载能力相同的条件下，构件的截面面积可减小约一半，从而建筑的有效面积得以加大，混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少约 50%。2.4 施工便利圆钢管混凝土结构的外部圆钢管本身就是耐侧压的模板，在浇筑混凝土的时候，可以省去支模和拆模的工序，加快施工进度，节省施工成本；由于圆钢管的使用，减少了钢筋用简化计算方法。徐蕾等 提供了两种抗火措施下钢管混凝土柱的实用设计方法，即钢管混凝土柱外包防火涂料和在核心混 凝土中配置专门考虑抗火的钢筋，并与理论分析吻合较好，为 实际设计提供了依据。3.3 抗剪性能研究肖从真等 9 进行了 58 个钢管混凝土抗剪试件的试验研8量，从而减少了钢筋骨架的绑扎工作量，省时省工。3 圆钢管混凝土的研究现状3.1 受压性能研究刘伯顺等人通过分析国内外 8 种规范中圆钢管混凝土短 柱轴压承载力计算公式得到的计算值与中国建筑科学研究院、清华大学和重庆建筑大学三家单位实验值的对比，得出基于叠加原理的 jcj 0189 的计算值与实验值最为吻合，适用 于圆钢管高强混凝土的设计2。尧国皇、韩林海3在大范围参数 分析的基础上，通过分析荷载变形全过程关系各阶段的力 学性能和特点，提出了钢管混凝土轴压 sc- 关系和纯弯 m- 关系全过程曲线的实用计算公式。影响圆钢管混凝土构件 受压性能的因素只要有钢材强度、混凝土强度及含钢率。丁发 兴、于志武4用数值仿真手段，分析了含钢率、钢材屈服强度和 混凝土强度对钢管混凝土力学性能的影响。研究结果表明：钢管混凝土在受荷过程中，核心混凝土由于受到钢管的约束其究,试验考虑了剪跨比、轴压力、套箍指标等多种参数的影响，并采用了不同的钢管规格和混凝土强度等级，详细研究了相 关参数的影响，并推荐了钢管混凝土柱的受剪承载力计算公 式。张旭、傅学怡10采用有限元方法分析圆钢管混凝土构件受 剪力学性能，考虑混凝土强度、钢材强度、含钢率、剪跨比等参 数及轴力对圆钢管混凝土受剪构件荷载一位移曲线的影响。 根据有限元模拟结果并考虑“套箍效应”提出一个圆钢管混凝 土构件抗剪屈服承载力及设计承载力简化计算方法。刘永健 等 11 提出了钢管混凝土平均粘结应力和相对滑移的本构关 系，分析比较了钢管混凝土界面粘接性能的主要影响因素，粘 结强度受混凝土强度的影响不明显；随混凝土龄期的增大而 略有增大；随钢管长径比的增大而增大；随钢管径厚比(宽厚 比)的增大而减小。纵向应力有较大提高，延性得到显著提高，钢管为混凝土提供径向约束，但其纵向应力大幅度降低；在其他条件相同的情况下，含钢率和钢材屈服强度越高，则钢管混凝土轴压短柱套箍4 结语作用越强，承载力越高，延性越好；而混凝土强度越高，则试件套箍作用越弱，延性越差，但承载力越高。王玉银、张素梅5对12 根圆钢管普通强度混凝土和 24 根圆钢管高强混凝土进行圆钢管混凝土结构具有多种独特特点，尤其是当前中国正处于高速发展阶段，高层、超高层的大量涌现，巨型柱、巨型 框架等巨型结构的发展，使圆钢管混凝土结构具有广阔的发 展空间和潜力。目前，对于圆钢管混凝土结构的研究还不太成 熟，还未形成统一的国家标准，未有统一的设计标准，因此，圆 钢管混凝土结构的理论研究还需进一步深入和完善(下转第 49 页)轴心受压短柱试验，结果表明，钢管高强混凝土轴压短柱以剪切破坏为主，核心混凝土强度越高，含钢率越低，套箍系数越小，剪切破坏就越显著，而且，钢管对高强混凝土的核心约束作用不及对普通混凝土的约束作用强。3.2 耐火性能研究46。读区和开架书库。4.2 流线组织图书馆的主入口安排在朝向校中心广场的西侧，由 1 层公共开插组合和相互融合形成了图书馆建筑独特的立面造型 （见图2）。放服务空间至 2 层图书馆大厅之间设置了开放的楼梯及自动扶梯，可以快速将人流运送到图书馆的核心空间。办公人员、书及货物的出入口设置在偏东的 2 层南侧。同时根据疏散需求设置了许 多次要出入口，其中 1 个出入口设置在南侧的下沉广场之中。图书馆 共设置了 4 组垂直交通。东部 2 层办公建筑中另设 1 部楼梯。4.3 柱网布置综合适用性和经济性，本工程采用 8.1m8.1m 的标准柱 网，并根据需要做相应变化。过大的柱网会使梁的截面尺寸加 大，从而增加建筑物的高度，对建筑物的结构会造成浪费，而 过小的柱网则不能发挥结构应有的效率。柱网的选择要便于 合理灵活布置阅览室桌椅和书架，并可满足实际需要的其他 房间的面积指标要求。4.4 立面造型本建筑为地上 5 层，地下 1 层，建筑高度 24m，地下 1 层图 2 图书馆北立面效果图5 结语徐州工程学院图书馆的设计本着学术性、开放式、多功 能、人文化的设计理念，结合新城区文化地域特征和徐州工程 学院图书馆独有的文化底蕴、办学目标定位等，综合考虑校园 与建筑的互动关系，努力将图书馆打造成全校师生可以自由选择、愉悦身心的空间【参考文献】【1】李萍.浅谈高校图书馆建筑j.山西建筑，2002，28（2）：15-16.【2】方胜华.关于现代图书馆建筑的新理念j.河北科技图苑,2002 ,28 (2):15-16.层高 4.5m，1 层层高 4.8m，2 层5 层层高 4.5m。图书馆采用了现代主义设计风格，在力求与徐州市新城区和原有校园建 筑相协调的基础之上，力图通过真实反应图书馆内部各种丰【3】龚天力.新世纪图书馆建筑设计理念j.中国图书馆学报，2003，29(4):62-87.【4】徐忠明.高校图书馆建筑设计理念和实践j .高校图书馆工作,2008富功能空间的方式，塑造出图书馆建筑之于全校的核心地位。首层和图书馆中厅等公共空间采用了玻璃和铝板幕墙材料，（4）:7-9.【5】刘井坤.浅析高校图书馆建筑的空间需求j .山西建筑,2008.34普通阅读空间采用深灰色石材外墙简单开窗的模式，而 3 层、4 层的休闲阅读部分采用了垂直遮阳板作为主要表现。这种穿【收稿日期】2012-07-07（20）:55-56.!(上接第 46 页)j.钢结构,2011，9（26）：75-79.【参考文献】【1】蔡绍怀.现代钢管混凝土结构（修订版）m.北京：人民交通出版 社，2007.【7】韩金生，董毓利，徐赵冬.钢管混凝土柱抗火性能研究j.建筑结构学报,2009（增刊 2）：265-270.【8】徐蕾，刘玉彬.钢管混凝土柱的抗火措施j.工业建筑,2009,39（4）：【2】刘伯顺，王来，曹萌.圆钢管高强混凝土短柱轴压承载力计算方的对比研究j.钢结构,2010（增刊）：304-309.【3】尧国皇，韩林海.钢管混凝土轴压与纯弯荷载 - 变形关系曲线实用 计算方法研究j.中国公路学报,2004，17（4）：50-54.14-17.【9】肖从真，蔡绍怀，徐春丽.钢管混凝土抗剪性能试验研究j.土木工程学报,2005,38（4）：5-11.【10】张旭，傅学怡.圆钢管混凝土构件抗剪性能分析j.工业建筑,2009（增刊）：1317-1323.【4】丁发兴，于志武.圆钢管混凝土轴压短柱受力机理影响因素分析j.铁道