傅昶彬课件系列—组合结构第六章 钢管混凝土结构(1)

1、基本原理及特点基本原理及特点钢管混凝土的发展与应用钢管混凝土的发展与应用6.1 6.1 概述概述钢管混凝土构件常用形式钢管混凝土构件常用形式6.1 6.1 概述概述空心钢管混凝土空心钢管混凝土复式钢管混凝土复式钢管混凝土不锈钢管混凝土不锈钢管混凝土FRP约束钢管混凝土约束钢管混凝土6.1 6.1 概述概述FRP-混凝土混凝土-钢管组合柱截面形式钢管组合柱截面形式6.1 6.1 概述概述卷制钢管卷制钢管6.1 6.1 概述概述螺旋缝焊管螺旋缝焊管6.1 6.1 概述概述钢管运输与吊装钢管运输与吊装6.1 6.1 概述概述泵送高抛无振捣混凝土泵送高抛无振捣混凝土浇筑前除尽钢管内杂物浇筑前除尽钢管内

2、杂物和积水，先浇筑一层和积水，先浇筑一层100mm100mm200mm200mm厚与混凝土厚与混凝土强度等级相同的水泥砂浆，强度等级相同的水泥砂浆，以防止自由下落的混凝土以防止自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳。粗骨料产生弹跳。 将泵管出料口伸入钢管将泵管出料口伸入钢管内，利用混凝土内，利用混凝土下落产生下落产生的动能来达的动能来达到混凝土的自到混凝土的自密实。密实。 当抛落的高度不足当抛落的高度不足4m4m 时，时，用插入式振捣棒密插短振，用插入式振捣棒密插短振，逐层振捣。逐层振捣。 6.1 6.1 概述概述钢梁钢梁-钢管混凝土柱节点设计钢管混凝土柱节点设计B.c70 B6.1 6.1 概述概述

3、钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱节点施工钢管混凝土柱节点施工6.1 6.1 概述概述钢筋混凝土梁钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱节点施工钢管混凝土柱节点施工受压时的应力与应变受压时的应力与应变cccsss3131 弹性阶段弹性阶段0.2830.283塑性阶段塑性阶段0.50.5低应力时低应力时0.170.17较高应力时较高应力时0.50.5极限状态时极限状态时1.01.0环向应变环向应变纵向应变纵向应变两种受力模式的两种受力模式的 钢管混凝土柱钢管混凝土柱受压时的应力与应变受压时的应力与应变钢管混凝土的荷载钢管混凝土的荷载-应变曲线应变曲线钢管与混凝土错位钢管与混凝土错位弓弦效应弓弦效应受压时

4、的应力与应变受压时的应力与应变混凝土单向受压的变形过程混凝土单向受压的变形过程ccf ccf c c 钢管混凝土受力初期钢管和混凝土的受力状态受力初期钢管和混凝土的受力状态圆管受力分析圆管受力分析中后期相互作用受力状态中后期相互作用受力状态相互作用相互作用混凝土三向约束混凝土三向约束钢管局稳增强钢管局稳增强圆管受力分析圆管受力分析2233121yssssfKpfcc 3 21cspD ，有有由由22132322212-z 方管受力分析方管受力分析未填充未填充混凝土混凝土方管受力分析方管受力分析承载力高承载力高塑性韧性好塑性韧性好施工方便施工方便耐火性较好耐火性较好经济性好经济性好 圆形钢管混凝

5、土轴心受压构件圆形钢管混凝土轴心受压构件 与钢结构相比，在保持自重相近和承载力相同与钢结构相比，在保持自重相近和承载力相同的条件下，可以节省钢材约的条件下，可以节省钢材约50%50%，焊接工作量可大，焊接工作量可大幅度减少；幅度减少； 与型钢混凝土相比，在保持横截面面积相近和与型钢混凝土相比，在保持横截面面积相近和承载力相同的条件下，可以节省钢材约承载力相同的条件下，可以节省钢材约50%50%，且施，且施工更为便捷；工更为便捷； 与普通钢筋混凝土柱相比，在保持钢材用量相与普通钢筋混凝土柱相比，在保持钢材用量相近和承载力相同的条件下，构件的横截面面积可减近和承载力相同的条件下，构件的横截面面积可

6、减小约一半，从而建筑的有效面积得以加大，混凝土小约一半，从而建筑的有效面积得以加大，混凝土和构件自重相应减少和构件自重相应减少50%50%。理论分析和工程实践表明：理论分析和工程实践表明：6.1.3 钢管混凝土的发展与应用钢管混凝土的发展与应用 18791879年英国赛文铁路桥采用钢管混凝土桥墩，目的是年英国赛文铁路桥采用钢管混凝土桥墩，目的是防止钢管内部锈蚀，其后发现除了防锈外还能增强钢管稳定防止钢管内部锈蚀，其后发现除了防锈外还能增强钢管稳定性。性。18971897年美国人年美国人John LallyJohn Lally用钢管混凝土作房屋结构的承用钢管混凝土作房屋结构的承重柱重柱（称为（称

7、为LallyLally柱柱），并申请获得专利。），并申请获得专利。 由于钢管混凝土优越的力学性能，一经出现便受到美欧由于钢管混凝土优越的力学性能，一经出现便受到美欧苏各国土木工程界的重视，并竞相开发利用。苏各国土木工程界的重视，并竞相开发利用。 20 20世纪世纪2020年代前后，美国的波士顿、纽约和芝加哥等地年代前后，美国的波士顿、纽约和芝加哥等地曾将其用于单层和多层厂房的承重柱；曾将其用于单层和多层厂房的承重柱；19301930年法国巴黎郊区年法国巴黎郊区的的IbisIbis地方用钢管混凝土建造了一座地方用钢管混凝土建造了一座9m9m跨的上承式拱桥；跨的上承式拱桥；19371937年苏联列

8、宁格勒用集束的小直径钢管混凝土作拱肋，建年苏联列宁格勒用集束的小直径钢管混凝土作拱肋，建造了横跨涅瓦河造了横跨涅瓦河101m101m跨度的下承式拱桥，跨度的下承式拱桥，19391939年又在西伯利年又在西伯利亚建成了跨度亚建成了跨度140m140m的上承式钢管混凝土铁路拱桥。的上承式钢管混凝土铁路拱桥。 苏联格沃兹杰夫苏联格沃兹杰夫（GvozdevGvozdev）教授深刻地阐明了钢管套教授深刻地阐明了钢管套箍混凝土的工作机理，并成功地用极限平衡法求解了钢管混箍混凝土的工作机理，并成功地用极限平衡法求解了钢管混凝土轴压短柱的极限承载力。凝土轴压短柱的极限承载力。 6.1.3 钢管混凝土的发展与应

9、用钢管混凝土的发展与应用 在在2020世纪世纪8080年代以前年代以前，由于管内混凝土的浇灌，由于管内混凝土的浇灌工艺未得到很好解决，现场施工操作繁琐，使施工工艺未得到很好解决，现场施工操作繁琐，使施工方面潜在的优势未能得到很好发挥，致使人们更愿方面潜在的优势未能得到很好发挥，致使人们更愿意采用操作简单、质检直观的普通钢筋混凝土结构意采用操作简单、质检直观的普通钢筋混凝土结构或工厂化程度高、现场劳动量少、吊装轻便、施工或工厂化程度高、现场劳动量少、吊装轻便、施工速度快的钢结构。速度快的钢结构。 到了到了2020世纪世纪8080年代年代后期，由于先进的泵灌混凝后期，由于先进的泵灌混凝土工艺的发展

10、，解决了现场管内混凝土的浇灌问题，土工艺的发展，解决了现场管内混凝土的浇灌问题，加以现代高强混凝土需要用钢管套箍克服其脆性，加以现代高强混凝土需要用钢管套箍克服其脆性，因此在美国和澳大利亚等国的若干高层建筑工程中，因此在美国和澳大利亚等国的若干高层建筑工程中，钢管混凝土结构技术又悄然兴起，传统的钢柱被钢钢管混凝土结构技术又悄然兴起，传统的钢柱被钢管高强混凝土柱取代，并被认为是高层建筑营造技管高强混凝土柱取代，并被认为是高层建筑营造技术的一次重大突破。术的一次重大突破。 6.1.3 钢管混凝土的发展与应用钢管混凝土的发展与应用 我国的钢管混凝土结构起步于我国的钢管混凝土结构起步于2020世纪世纪

11、5050年代苏联的援建年代苏联的援建项目，中科院哈尔滨土建研究所最早开展研究，其后哈尔滨项目，中科院哈尔滨土建研究所最早开展研究，其后哈尔滨工业大学钟善桐教授、中国建科院蔡绍怀研究员等国内专家工业大学钟善桐教授、中国建科院蔡绍怀研究员等国内专家对钢管混凝土进行了大量系统的研究，并据此编制了设计与对钢管混凝土进行了大量系统的研究，并据此编制了设计与施工规程，有力地推动了钢管混凝土在我国工程界的应用，施工规程，有力地推动了钢管混凝土在我国工程界的应用，从而使我国在世界上成为钢管混凝土结构大国和强国。从而使我国在世界上成为钢管混凝土结构大国和强国。2005年建成的世界最大跨度年建成的世界最大跨度460m的的钢管混凝土重庆奉节巫山长江大桥钢管混凝土重庆奉节巫山长江大