钢管混凝土08-05-26

1、 钢管混凝土钢管混凝土特种混凝土课件特种混凝土课件宋少民宋少民钢管混凝土的发展概况钢管混凝土的发展概况钢管混凝土的特点钢管混凝土的特点钢管混凝土研究现状及应用领域钢管混凝土研究现状及应用领域钢管混凝土工程实例钢管混凝土工程实例钢管混凝土发展中存在的问题钢管混凝土发展中存在的问题重重 点点 内内 容容 钢管混凝土是钢管套箍混凝土钢管混凝土是钢管套箍混凝土(THE (THE CONCRETE-FILLED STEEL TUBULAR CONCRETE-FILLED STEEL TUBULAR STRUCTURE)STRUCTURE)的简称。它是由混凝土填入的简称。它是由混凝土填入薄壁钢管内而形成的

2、组合结构材料，是薄壁钢管内而形成的组合结构材料，是套箍混凝土的一种特殊形式。套箍混凝土的一种特殊形式。 钢管混凝土柱 钢管混凝土的定义钢管混凝土的定义 混凝土受到混凝土受到钢管壁的紧箍作用，钢管壁的紧箍作用，强度和韧性可大大提高。强度和韧性可大大提高。 钢管中钢管中填充了混凝土，可提高填充了混凝土，可提高结构的稳定性并减少用钢量。结构的稳定性并减少用钢量。复合设计原理复合设计原理 钢管混凝土结构是在钢结构的基础钢管混凝土结构是在钢结构的基础上演变和发展起来的上演变和发展起来的, , 钢管混凝土作钢管混凝土作为一种结构构件形式早在为一种结构构件形式早在19 19 世纪世纪80 80 年代就已经被

3、人类设计应用。起初仅年代就已经被人类设计应用。起初仅仅是用作桥墩仅是用作桥墩( (早在早在1879 1879 年年, , 英国英国severn severn 铁路桥桥墩就采用了钢管混凝铁路桥桥墩就采用了钢管混凝土桥墩土桥墩) )。 钢管混凝土发展及应用钢管混凝土发展及应用20 20 世纪世纪 20 20 年代美国人在波士顿、纽年代美国人在波士顿、纽约等地修建了约等地修建了钢管混凝土结构的单层钢管混凝土结构的单层及多层厂房建筑（最高达层）及多层厂房建筑（最高达层），效，效果显著。果显著。1930 1930 年法国人在巴黎建造了一座年法国人在巴黎建造了一座m m 跨度的上承式钢管混凝土拱桥。跨度的

4、上承式钢管混凝土拱桥。1937 1937 年前苏联采用集束的小年前苏联采用集束的小直径钢管直径钢管混凝土作拱肋建造了横跨涅瓦河混凝土作拱肋建造了横跨涅瓦河 101m 101m 跨度的下承式钢管混凝土拱桥。跨度的下承式钢管混凝土拱桥。1939 1939 年又在年又在西伯利亚建成了跨度西伯利亚建成了跨度 140m 140m 的钢管混凝土铁路拱桥。的钢管混凝土铁路拱桥。钢管混凝土发展及应用钢管混凝土发展及应用 20 20 世纪世纪 80 80 年代后期，年代后期，由于泵由于泵送混凝土工艺的发展，送混凝土工艺的发展， 较好地较好地解决了现场管内浇灌混凝土的解决了现场管内浇灌混凝土的工艺问题。工艺问题。

5、在高层建筑中，在高层建筑中，钢钢管混凝土柱越来越多地取代了管混凝土柱越来越多地取代了传统的钢筋混凝土柱和钢柱。传统的钢筋混凝土柱和钢柱。钢管混凝土发展及应用钢管混凝土发展及应用 1994 1994年建成的日本大阪奇爱思年建成的日本大阪奇爱思大厦大厦 22 22 层，高层，高 101m101m， 其双其双柱采用了外包填充钢管混凝土柱采用了外包填充钢管混凝土结构，钢管混凝土保证必要的结构，钢管混凝土保证必要的抗力，外包混凝土部分提供刚抗力，外包混凝土部分提供刚度和充当表面防火层。度和充当表面防火层。钢管混凝土发展及应用钢管混凝土发展及应用 19981998年建成的日本东京年建成的日本东京 NISS

6、AY NISSAY AROMAAROMA广场广场18 18 层，高层，高 82 m82 m，采，采用了巨型的钢管混凝土柱（钢用了巨型的钢管混凝土柱（钢管外径管外径914.4 mm914.4 mm），），4 4 根巨型根巨型柱集中承担轴力，使得中庭式柱集中承担轴力，使得中庭式建筑空间得以实现，提高了建建筑空间得以实现，提高了建筑底部的开放性。筑底部的开放性。钢管混凝土发展及应用钢管混凝土发展及应用 8080年代后期，泵灌混凝土工艺逐步完年代后期，泵灌混凝土工艺逐步完善，如泵送混凝土与高位抛落无振捣善，如泵送混凝土与高位抛落无振捣混凝土等新兴技术的出现，使现场管混凝土等新兴技术的出现，使现场管内浇

7、灌混凝土工艺问题得到了解决，内浇灌混凝土工艺问题得到了解决，从而掀起了钢管混凝土结构的应用热从而掀起了钢管混凝土结构的应用热潮。潮。9090年代以来年代以来，随着对大跨、高耸、，随着对大跨、高耸、重载结构需求的提高，钢管混凝土结重载结构需求的提高，钢管混凝土结构在高层和超高层建筑中得到了应用。构在高层和超高层建筑中得到了应用。钢管混凝土发展及应用钢管混凝土发展及应用 因此，因此，选择合理的混凝土微膨胀率，选择合理的混凝土微膨胀率，以及科学的混凝土配合比，成为施工以及科学的混凝土配合比，成为施工控制的关键因素之一。控制的关键因素之一。钢管内部混凝钢管内部混凝土质量对工程结构安全影响很大，稍土质量

8、对工程结构安全影响很大，稍有不慎，就可能造成质量事故或缺陷，有不慎，就可能造成质量事故或缺陷，如出现管内滞留空气、混凝土不饱满、如出现管内滞留空气、混凝土不饱满、混凝土与钢管间有大太的收缩空隙等混凝土与钢管间有大太的收缩空隙等引起结构承载力下降的现象。引起结构承载力下降的现象。钢管混凝土的材料特点钢管混凝土的材料特点 在钢管中灌注的一般是在钢管中灌注的一般是C40C40以上以上的高性能微膨胀混凝土，其基本性的高性能微膨胀混凝土，其基本性能为能为: :早期强度高、高流态、缓凝、早期强度高、高流态、缓凝、自密实及可泵性良好自密实及可泵性良好，且具有微应且具有微应力的特点。力的特点。混凝土自身的混凝

9、土自身的微应力微应力，将大大弥补与改善因采用普通灌注将大大弥补与改善因采用普通灌注法造成的法造成的管内混凝土和钢管问存在管内混凝土和钢管问存在间隙的缺陷间隙的缺陷。钢管混凝土的材料特点钢管混凝土的材料特点结构承载力高结构承载力高 钢钢管混凝土组合材料在复合作用管混凝土组合材料在复合作用下形成下形成“紧箍作用紧箍作用”后，钢管约束后，钢管约束了混凝土，改变了混凝土的受力状了混凝土，改变了混凝土的受力状况，在轴心荷载作用下，况，在轴心荷载作用下，将单向受将单向受压改变为三向受压，可延缓其受压压改变为三向受压，可延缓其受压时的纵向开裂，提高了混凝土的抗时的纵向开裂，提高了混凝土的抗压强度。压强度。钢

10、管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点 结构承载力高结构承载力高 钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点同同时，由于混凝土的填入，时，由于混凝土的填入，可以延可以延缓或避免薄壁钢管过早地发生局部屈缓或避免薄壁钢管过早地发生局部屈曲，保证了钢管的局部稳定性曲，保证了钢管的局部稳定性。由于。由于两者的协同承载作用，钢管混凝土组两者的协同承载作用，钢管混凝土组合结构的轴向承载能力可以超过钢管合结构的轴向承载能力可以超过钢管和混凝土单独承载能力之和。而且还和混凝土单独承载能力之和。而且还可以使结构的抗变形能力明显增强。可以使结构的抗变形能力明显增强。结构承载力高结构承载力高 另一方面承载力高，可使构

11、另一方面承载力高，可使构件截面减小，增加使用空间，其件截面减小，增加使用空间，其次构件自重减轻，从而减小基础次构件自重减轻，从而减小基础负担，降低基础造价。负担，降低基础造价。钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点塑性和韧性塑性和韧性 在在钢管混凝土中，核心混凝土由于钢管混凝土中，核心混凝土由于受到钢管的约束，混凝土处于三向受到钢管的约束，混凝土处于三向受力状态，受力状态，这可以有效改变其在使这可以有效改变其在使用过程中的弹性性质，也使破坏时用过程中的弹性性质，也使破坏时产生较大的塑性变形产生较大的塑性变形。钢管的套箍钢管的套箍作用大大提高了混凝土的塑性和韧作用大大提高了混凝土的塑性和韧性，

12、克服了单独受压时脆性大的缺性，克服了单独受压时脆性大的缺点。试验证明，钢管混凝土受压构点。试验证明，钢管混凝土受压构件属于塑性破坏。件属于塑性破坏。钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点 塑塑性是指在静载作用下的塑性变性是指在静载作用下的塑性变形能力。形能力。钢管混凝土轴心受压试验钢管混凝土轴心受压试验表明，试件压缩到原长的表明，试件压缩到原长的3/43/4，纵，纵向应变达向应变达20%20%以上时，试件仍有承以上时，试件仍有承载力，剥去钢管后，内部混凝土虽载力，剥去钢管后，内部混凝土虽己有很大的鼓凸褶皱，但仍保待完己有很大的鼓凸褶皱，但仍保待完整，并未松散，且仍有约整，并未松散，且仍有约5

13、%5%的承载的承载力，用锤敲击后才粉碎脱落。力，用锤敲击后才粉碎脱落。钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点塑性和韧性塑性和韧性耐火性能好耐火性能好耐火性能差是钢结构建筑的致命耐火性能差是钢结构建筑的致命隐患。隐患。在火灾高温环境下，或在急剧降在火灾高温环境下，或在急剧降温情况下，裸露的混凝土会发生温情况下，裸露的混凝土会发生崩裂现象。崩裂现象。钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点钢管混凝土结构在经受高温冲击时，钢管混凝土结构在经受高温冲击时，核心混凝土可以接受钢管壁传来的热核心混凝土可以接受钢管壁传来的热量，使其升温软化过程滞后。量，使其升温软化过程滞后。即使在即使在钢管壁发生一定程度

14、的软化时核心混钢管壁发生一定程度的软化时核心混凝土仍然可以保持较高的承载力，使凝土仍然可以保持较高的承载力，使结构不会发生突然破坏或坍塌。结构不会发生突然破坏或坍塌。耐火性能好耐火性能好抗震性能好抗震性能好 抗抗震性能震性能是指在动荷载或地震作是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。用下，具有良好的延性和吸能性。钢管混凝土用于高层建筑时，可钢管混凝土用于高层建筑时，可不受轴压比的限制而由长细比进不受轴压比的限制而由长细比进行控制，与钢筋混凝土柱相比，行控制，与钢筋混凝土柱相比，柱截面可大大减小，自重也随之柱截面可大大减小，自重也随之减小，使得地震作用对结构产生减小，使得地震作用对结构

15、产生的反应也减小。的反应也减小。钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点据有关资料分析，高层建筑中采据有关资料分析，高层建筑中采用钢管混凝土柱和钢梁等结构体用钢管混凝土柱和钢梁等结构体系比采用钢筋混凝土结构系比采用钢筋混凝土结构自重可自重可以减少以减少1/3-1/21/3-1/2，地震作用可减，地震作用可减小一半。小一半。钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点抗震性能好抗震性能好圆钢混凝土任意轴均为对称轴，圆钢混凝土任意轴均为对称轴，在各在各个方向的惯性矩、强度均相等，因此它个方向的惯性矩、强度均相等，因此它非常适合受不确定方向地震作用、风载非常适合受不确定方向地震作用、风载作用的高层建筑。

16、作用的高层建筑。在压弯反复荷载作用在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明，结构的吸下，弯矩曲率滞回曲线表明，结构的吸能性能特别好，无刚度退化，且无下降能性能特别好，无刚度退化，且无下降段，和不丧失局部稳定性的钢柱相同。段，和不丧失局部稳定性的钢柱相同。抗震性能好抗震性能好钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点 施工方便施工方便 与与混凝土结构相比，混凝土结构相比，钢管本钢管本身就是耐侧压的模板，因此在身就是耐侧压的模板，因此在浇灌混凝土时可以免去支模、浇灌混凝土时可以免去支模、拆模等一系列工序拆模等一系列工序。钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点 同同时，钢管还是时，钢管还是“钢筋钢

17、筋”，它兼，它兼有混凝土柱纵向受拉、受压钢筋有混凝土柱纵向受拉、受压钢筋和横向钢筋的作用，因此管内无和横向钢筋的作用，因此管内无需放置纵筋和箍筋，为混凝土的需放置纵筋和箍筋，为混凝土的浇灌与振捣带来很大方便。浇灌与振捣带来很大方便。 施工方便施工方便钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点 钢钢管的制作远比钢筋骨架的绑管的制作远比钢筋骨架的绑扎省工得多扎省工得多 尤尤其是在北方严寒地区，还可其是在北方严寒地区，还可以在冬季安装空钢管组成的框架以在冬季安装空钢管组成的框架或构架，开春后再浇灌混凝土，或构架，开春后再浇灌混凝土，从而争取时间，加快建设速度。从而争取时间，加快建设速度。钢管混凝土的性

18、能特点钢管混凝土的性能特点 施工方便施工方便 施工方便施工方便 而而且，在浇筑后，钢管内处于且，在浇筑后，钢管内处于相当稳定的温度条件，水分不易相当稳定的温度条件，水分不易蒸发，省去浇水养护工序，简化蒸发，省去浇水养护工序，简化了混凝土的养护工艺。了混凝土的养护工艺。钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点施工方便施工方便 与与钢构件相比钢构件相比, ,钢管混凝土结构构造简钢管混凝土结构构造简单单, ,焊缝少焊缝少, ,制作工艺要求也可适当降低制作工艺要求也可适当降低. .由于空钢管比钢构件、钢筋混凝土预制由于空钢管比钢构件、钢筋混凝土预制构件自重轻，因此现场吊装、运输费用构件自重轻，因此现场

19、吊装、运输费用都可大大减少。都可大大减少。而且采用钢管混凝土也而且采用钢管混凝土也为逆作法施工提供条件，地上、地下同为逆作法施工提供条件，地上、地下同时进行施工可节省地下基础与地下室施时进行施工可节省地下基础与地下室施工时间，并为现场施工带来很大方便。工时间，并为现场施工带来很大方便。钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点 钢管混凝土施工现场钢管混凝土施工现场 钢管混凝土的性能特点钢管混凝土的性能特点经济效果显著经济效果显著 实践表明，钢管混凝土与钢结构相比，实践表明，钢管混凝土与钢结构相比，在保持自重相近和承载力相同的条件下，在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材可节省钢材50%5

20、0%，并节省大量的焊接工作，并节省大量的焊接工作; ;与普通钢筋混凝土相比，在保持钢材用量与普通钢筋混凝土相比，在保持钢材用量相近和承载力相同的条件下，构件的横截相近和承载力相同的条件下，构件的横截面积可减少一半，从而使建筑空间得到加面积可减少一半，从而使建筑空间得到加大，混凝土和水泥用量以及构件自重相应大，混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少减少50%50%。另外，钢管混凝土本身的施工特另外，钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化的要求，可大点符合现代施工技术工业化的要求，可大量节约人工费用，降低工程造价。量节约人工费用，降低工程造价。 深圳塞格广场深圳塞格广场 深圳赛格广场大厦深圳

21、赛格广场大厦 ，柱子最大轴压达，柱子最大轴压达9x109x104 4kNkN，截面，截面1600mmx28mm,1600mmx28mm,采用采用Q345Q345钢钢和和C60C60混凝土。若要设计成钢筋混凝土柱，混凝土。若要设计成钢筋混凝土柱，则为则为2200mmx2400mm2200mmx2400mm和和C60C60混凝土，截面混凝土，截面面积增大一倍以上。面积增大一倍以上。该工程由于采用钢该工程由于采用钢管混凝土柱，与钢筋混凝土柱相比，多管混凝土柱，与钢筋混凝土柱相比，多了了3000m3000m2 2的使用面积，的使用面积，同时省去了大量同时省去了大量混凝土，减轻自重混凝土，减轻自重60%

22、60%以上，和钢柱相比，以上，和钢柱相比，虽然增加了自重，但在柱子所占空间相虽然增加了自重，但在柱子所占空间相差不大的情况下，耗钢量节约差不大的情况下，耗钢量节约50%50%以上。以上。 掺加钙钒石类膨胀剂的水泥水化掺加钙钒石类膨胀剂的水泥水化过程中最显著的特点是在水化早期过程中最显著的特点是在水化早期和后期水泥石中都有和后期水泥石中都有大量的钙矾石大量的钙矾石生成生成，这也是膨胀产生的主要原因。，这也是膨胀产生的主要原因。 自由养护条件下，掺加膨胀剂的自由养护条件下，掺加膨胀剂的 水泥混凝土微观结构较为疏松，硬水泥混凝土微观结构较为疏松，硬 化水泥石浆体及集料化水泥石浆体及集料浆体界面区浆体

23、界面区 中有较多的裂缝存在。中有较多的裂缝存在。 限制养护条件下，膨胀混凝土限制养护条件下，膨胀混凝土的微观结构得到了有效改善，特别的微观结构得到了有效改善，特别是集料是集料水泥石界面区得到了增强水泥石界面区得到了增强和密实和密实 在刚性限制条件下，钢在刚性限制条件下，钢膨胀水泥石界膨胀水泥石界面区的微观结构要显著优于钢面区的微观结构要显著优于钢普通水泥普通水泥石界面区的微观结构，具体表现在以下几石界面区的微观结构，具体表现在以下几个方面：个方面：在刚性限制条件下，膨胀水泥石表面层中的在刚性限制条件下，膨胀水泥石表面层中的Ca(OH)Ca(OH)2 2取向度取向度值在各龄期时都低于纯水泥值在各

24、龄期时都低于纯水泥石表面的石表面的Ca(OH)Ca(OH)2 2取向度。取向度。 膨胀水泥石界面区和基体中膨胀水泥石界面区和基体中Ca(OH)Ca(OH)2 2和和AftAft的晶的晶粒尺寸都小于普通水泥石相应区域内的晶粒尺粒尺寸都小于普通水泥石相应区域内的晶粒尺寸。寸。 膨胀水泥石和普通水泥石紧靠钢表面一侧的界膨胀水泥石和普通水泥石紧靠钢表面一侧的界面区中，面区中，CaCa+ +,Si,Si4+4+,Al,Al3+3+和和SOSO2-2-4 4等离子的富集规等离子的富集规律并不相同律并不相同 。受限条件下膨胀混凝的受限条件下膨胀混凝的收缩机理及收缩模收缩机理及收缩模型 膨胀混凝土中最重要的体

25、积变形就是膨胀混凝土中最重要的体积变形就是膨胀与收缩。在没有外载荷作用下，普通膨胀与收缩。在没有外载荷作用下，普通混凝土主要有混凝土主要有塑性收缩；自收缩；冷缩；塑性收缩；自收缩；冷缩；干燥收缩；碳化收缩和沉缩干燥收缩；碳化收缩和沉缩六种收缩变形。六种收缩变形。其中以下三种是造成钢管混凝土体积收缩其中以下三种是造成钢管混凝土体积收缩变形的主要因素：变形的主要因素： 降温冷缩降温冷缩自收缩自收缩徐变收缩徐变收缩各种收缩复合叠加可得收缩公式，表各种收缩复合叠加可得收缩公式，表示为：示为： S S2m2m=S=Se e+S+St t+S+Sa a+S+Sc c+S+Sp p 式中：式中：S S2m2

26、m达到稳定的限制收缩率达到稳定的限制收缩率 S Se e弹性压缩弹性压缩 S St t冷缩冷缩 S Sa a自收缩自收缩 S Sc c徐变收缩徐变收缩 S Sp p塑性收缩塑性收缩图图 29 29 相对收缩率与龄期的关系相对收缩率与龄期的关系1:1:总收缩率总收缩率; 2:; 2:自收缩自收缩 ; 3:; 3:冷缩冷缩; 4:; 4:徐变收缩徐变收缩; ; 5: 5: 弹性和塑性收缩弹性和塑性收缩刚性限制条件下补偿收缩刚性限制条件下补偿收缩膨胀原理膨胀原理 关于利用混凝土的体积膨胀来补偿收缩的原理，目前有三种解释方法：第一种 认为混凝土的自由膨胀率大于自由收缩率就可以保证不出现收缩；第二种 解

27、释是用适易的限制膨胀来补偿最大的限制收缩；第三种 解释方法是利用膨胀能的概念，不论是补偿收缩还是自应力，产生这两种功能的根源均是混凝土的膨胀能。 刚性限制条件下核心混凝土刚性限制条件下核心混凝土膨胀模型的建立膨胀模型的建立膨胀变形主要包括三种体积增大的行为：膨胀变形主要包括三种体积增大的行为： 膨胀膨胀 它是由于水泥石中钙矾石、它是由于水泥石中钙矾石、氢氧化钙或氢氧氢氧化钙或氢氧 化镁等晶体的形成而化镁等晶体的形成而造成的体积增大。造成的体积增大。 弹性伸长弹性伸长 由于收缩使混凝土卸去由于收缩使混凝土卸去原来的压力荷载，恢复因弹性压缩所减原来的压力荷载，恢复因弹性压缩所减少的尺寸。少的尺寸。

28、 瞬时塑性伸长瞬时塑性伸长 在混凝土中出现拉在混凝土中出现拉应力后发生应力后发生 。 图中各曲线的含义为：膨胀混凝土自由膨胀曲线1；膨胀能大的膨胀混凝土扣除刚性 限制收缩而得到的理论膨胀曲线1-S2m；膨胀能大的膨胀混凝土实际膨胀的曲线2m=0；曲线考虑弹性回伸后的实际膨胀曲线；膨胀能波折膨胀混凝土扣除刚性限制收缩而得到的理论变形曲线1-S2m；膨胀混凝土限制收缩曲线S2m；普通混凝土实际变形曲线2m； 对于刚性限制条件下的钢管膨胀混凝土，限对于刚性限制条件下的钢管膨胀混凝土，限制膨胀率制膨胀率 2m2m00，（，（2m2m 0 0表示收缩）。这种限制表示收缩）。这种限制条件下的条件下的补偿收

29、缩（膨胀）模型补偿收缩（膨胀）模型可以用下图表示。可以用下图表示。 刚性限制条件下核心混凝土膨胀模型刚性限制条件下核心混凝土膨胀模型的建立对于高强膨胀混凝土的材料设计的建立对于高强膨胀混凝土的材料设计具有非常重要的意义，它告诉我们必须具有非常重要的意义，它告诉我们必须研制出膨胀能大、膨胀稳定期长的新型研制出膨胀能大、膨胀稳定期长的新型膨胀材料，来取代传统的膨胀材料，在膨胀材料，来取代传统的膨胀材料，在核心混凝土中建立强有力的后期膨胀，核心混凝土中建立强有力的后期膨胀，才能始终保持最终的限制变形率才能始终保持最终的限制变形率2m2m=0=0， 使核心混凝土的膨胀率大小与强度发展使核心混凝土的膨胀

30、率大小与强度发展相适应，即在核心混凝土中建立较高的相适应，即在核心混凝土中建立较高的自应力，但又不因膨胀而使混凝土的结自应力，但又不因膨胀而使混凝土的结构破坏，以此来改善钢管膨胀混凝土的构破坏，以此来改善钢管膨胀混凝土的性能。性能。这种设计思想和理论可称之为高这种设计思想和理论可称之为高能延迟膨胀理论能延迟膨胀理论，它是适用于钢管混凝，它是适用于钢管混凝土的特有的膨胀理论，也是我们今后膨土的特有的膨胀理论，也是我们今后膨胀材料研究的理论依据。胀材料研究的理论依据。 随着钢管混凝土柱在工程中应用的增多，随着钢管混凝土柱在工程中应用的增多，不少发达国家和地区编制了相应的设计不少发达国家和地区编制了

31、相应的设计规程，其中主要有欧洲标准化委员会编规程，其中主要有欧洲标准化委员会编制的制的Eurocode4 (EC4)Eurocode4 (EC4)，英国的，英国的BS5400,BS5400,美国的美国的ACI318-89ACI318-89、SSLCSSLC（19791979）和）和LRFDLRFD（19941994）以及日本的）以及日本的AIJAIJ（19801980，19971997）。）。研究及应用领域研究及应用领域研究现状研究现状 目目前国内关于钢管混凝土结构的设前国内关于钢管混凝土结构的设计还没有国家标准，仅有部分行业制计还没有国家标准，仅有部分行业制定了相关设计规程，主要有国家建材定

32、了相关设计规程，主要有国家建材工业局编制的工业局编制的钢管混凝土设计与施钢管混凝土设计与施工规程工规程 (JCJOl-89) (JCJOl-89), ,中国工程建设中国工程建设标准化协会编制的标准化协会编制的钢管混凝土设计钢管混凝土设计及施工规程及施工规程(CECS28:90)(CECS28:90)和电力行和电力行业编制的业编制的钢一混凝土组合结构设计钢一混凝土组合结构设计规程规程(DL/(DL/下下5085-1999)5085-1999)。研究及应用领域研究及应用领域 对对于钢管混凝土短柱承载力的计算，于钢管混凝土短柱承载力的计算，美国和日本都采用了简单的累加方法，美国和日本都采用了简单的累

33、加方法，没有考虑钢管约束效应对提高混凝土没有考虑钢管约束效应对提高混凝土强度的贡献强度的贡献; ;欧洲、英国和我国的设计欧洲、英国和我国的设计规程考虑了圆形钢管对混凝土的约束规程考虑了圆形钢管对混凝土的约束作用，但仅仅限于简单的强度叠加，作用，但仅仅限于简单的强度叠加，对于共同作用还缺乏深人的分析。对于共同作用还缺乏深人的分析。研究及应用领域研究及应用领域 目前对钢管混凝土的研究主要集中在以目前对钢管混凝土的研究主要集中在以下几个方面下几个方面 (1)(1)钢管混凝土结构火灭后性能的研究钢管混凝土结构火灭后性能的研究; ; (2)(2)钢管混凝土结构体系抗震性能的研究钢管混凝土结构体系抗震性能

34、的研究; ; (3)(3)方钢管混凝土柱力学性能的研究方钢管混凝土柱力学性能的研究; ; (4)(4)钢管混凝土柱、梁节点的研究。钢管混凝土柱、梁节点的研究。研究及应用领域研究及应用领域主要应用领域高层建筑工程地铁车站工程大跨度桥梁工程研究及应用领域研究及应用领域 高层建筑工程中的应用高层建筑工程中的应用 在高层建筑结构中，钢管混凝土具有在高层建筑结构中，钢管混凝土具有很大的优势很大的优势: :具有承载力高，抗震性能好具有承载力高，抗震性能好的特点，既可以取代钢筋混凝土柱，的特点，既可以取代钢筋混凝土柱，解解决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的底部的“胖柱

35、胖柱”问题和高强钢筋混凝土问题和高强钢筋混凝土结构中柱的脆性破坏问题结构中柱的脆性破坏问题; ;也可以取代钢也可以取代钢结构体系中的钢柱，以减少钢材用量，结构体系中的钢柱，以减少钢材用量，提高结构的抗侧移刚度。提高结构的抗侧移刚度。研究及应用领域研究及应用领域 建于1995年的广州好世界广场大厦位于广州市花园酒店西侧,环市东路与建设六马路交汇处的繁华地段,地上33层, 地下3层,地上总高度为116.3m. 占地面积3522,建筑面积57000,是国内第一座采用C60级钢管高强混凝土柱的超高层建筑.按7度地震设计. 天津今晚报大厦建于天津今晚报大厦建于19991999年年, ,位于天津市南京路与

36、位于天津市南京路与南开三马路交汇处东北侧南开三马路交汇处东北侧, ,占地面积占地面积1.61.6万万, ,总建筑面总建筑面积积8.28.2万万. .地下两层地下两层, ,地上地上3838层层, ,总高度为总高度为137m.137m.集办公、集办公、写字楼和公寓于一体写字楼和公寓于一体, ,是采用是采用C60C60级钢管高强混凝土柱的级钢管高强混凝土柱的第二座超高层建设第二座超高层建设. .按按7 7度地震设计度地震设计. 重庆民族广场大厦建于重庆民族广场大厦建于19991999年年, ,高高210m,210m,采用强采用强度等级为度等级为C60C60混凝土混凝土, ,钢钢管为管为3 3号钢号钢

37、 120012001616 广州翠湖山庄建于广州翠湖山庄建于19981998年年, ,高高98.4m,98.4m,采用强度等采用强度等级为级为C60C60混凝土混凝土, ,钢管为钢管为3 3号钢号钢 80080016 16 广州芳草园大厦广州芳草园大厦, ,高高99m,99m,采采用强度等级为用强度等级为C60C60混凝土混凝土, ,钢钢管为管为16Mn 16Mn ，90090015 15 福州环球广场大厦建于福州环球广场大厦建于19971997年年, ,高高121.7m,121.7m,采用强度等级采用强度等级为为C60C60混凝土混凝土, ,钢管为钢管为 广州新达城大厦广州新达城大厦, ,高

38、高99.8m,99.8m,采采用强度等级为用强度等级为C60C60混凝土混凝土, ,钢管钢管为为3 3号钢号钢 1000100014 14 昆明邦克大厦昆明邦克大厦, ,高高126.1m,126.1m,采用强度等级采用强度等级为为C60C60混凝土混凝土, ,钢管钢管3 3号号钢钢 80080014 14 大跨度桥梁工程的应用大跨度桥梁工程的应用 随着经济的迅速发展，需要建造能够跨越江河、随着经济的迅速发展，需要建造能够跨越江河、海湾和山谷的，安全、经济且轻盈美观的大跨度桥海湾和山谷的，安全、经济且轻盈美观的大跨度桥梁。目前，钢管混凝土已经被广泛地应用于拱桥结梁。目前，钢管混凝土已经被广泛地应

39、用于拱桥结构中，也开始应用于斜拉桥结构中。在拱桥结构中，构中，也开始应用于斜拉桥结构中。在拱桥结构中，钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨度很大时，拱肋将承受很大的轴向压力，采用钢管度很大时，拱肋将承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土构件是非常合理的。另外，钢管可以作为桥混凝土构件是非常合理的。另外，钢管可以作为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注混凝土的模板。梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注混凝土的模板。因此，钢管混凝土被认为是建造大跨度拱桥的一种因此，钢管混凝土被认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的复合结构材料。比较理想的复合结构材料。 万县长江

40、公路大桥位于重庆市万县上游万县长江公路大桥位于重庆市万县上游7km7km处，处，是成都上海国道主干线上跨长江的一座特大公是成都上海国道主干线上跨长江的一座特大公路桥梁。路桥梁。19941994年年5 5月月2828日正式开工，日正式开工，19971997年年6 6月月2828日建成通车。主桥采用以钢管高强混凝土为劲性日建成通车。主桥采用以钢管高强混凝土为劲性骨架的上承式高强混凝土拱桥骨架的上承式高强混凝土拱桥 . .日本高速铁路上的高架桥日本高速铁路上的高架桥钢管混凝土主梁与混凝土顶板的组合梁钢管混凝土主梁与混凝土顶板的组合梁跨径：跨径：34.95m+36.0m+34m34.95m+36.0m

41、+34m钢管内填充轻质混凝土钢管内填充轻质混凝土360m 360m 广州丫髻沙特大桥广州丫髻沙特大桥 三跨连续自锚式中承式钢管混凝土拱桥。拱肋三跨连续自锚式中承式钢管混凝土拱桥。拱肋由由6 6 750750钢管混凝土组成，内填钢管混凝土组成，内填C60C60混凝土混凝土. . 1998浙江义乌80米宾王桥 单肋钢管混凝土系杆拱桥，中跨矢跨比1/5，矢高15.6m；边跨矢跨比1/4.5，矢高11.87m 。19981998年浙江义乌年浙江义乌80m80m宾王桥宾王桥, ,单肋钢管混凝土系杆桥单肋钢管混凝土系杆桥. .1990四川旺苍115米东河桥 下承式钢管混凝土预应力系杆拱桥，钢管拱下承式钢管

42、混凝土预应力系杆拱桥，钢管拱肋实际上是一种复合材料，在破坏荷载作用下，肋实际上是一种复合材料，在破坏荷载作用下，钢管不仅起纵筋的作用，而且对混凝土起螺旋箍钢管不仅起纵筋的作用，而且对混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高构件的承载能力。在施工阶段，筋的作用，以提高构件的承载能力。在施工阶段，钢管起着劲性骨架的作用。钢管起着劲性骨架的作用。 地铁车站工程中的应用地铁车站工程中的应用 地铁车站是我国最早采用钢管混凝地铁车站是我国最早采用钢管混凝土结构的工程项目，早期的地铁车站是土结构的工程项目，早期的地铁车站是深理地下的多跨结构，深理地下的多跨结构，采用钢管混凝土采用钢管混凝土主要是利用其承载力高的特点主

43、要是利用其承载力高的特点，以减小，以减小柱子的截面尺寸，有效地利用空间。柱子的截面尺寸，有效地利用空间。 工程实例 巫山县巫山长江大桥位于巫山县巫山长江大桥位于巫峡入口处，是目前世界第一巫峡入口处，是目前世界第一大跨径钢管混凝土中承式拱桥，大跨径钢管混凝土中承式拱桥，其主拱肋为钢管混凝土组成桁其主拱肋为钢管混凝土组成桁架结构，净跨径为架结构，净跨径为460m460m，上弦，上弦钢管弧长钢管弧长551.66m551.66m，下弦钢管弧，下弦钢管弧长长538.26m538.26m，净矢跨比，净矢跨比1/3.8,1/3.8,拱拱脚至拱顶高度约为脚至拱顶高度约为128m128m，拱顶，拱顶截面高为截面

44、高为7m7m，拱脚截面高为，拱脚截面高为14m.14m. 肋宽为肋宽为4.14m4.14m，每肋由，每肋由上、下各两根上、下各两根1220X22mm1220X22mm钢钢管、内灌管、内灌C60C60钢管混凝土弦钢管混凝土弦杆组成，每根钢管混凝土的杆组成，每根钢管混凝土的灌注量约为灌注量约为600m600m3 3。 该工程对混凝土技术性能要求：该工程对混凝土技术性能要求：3d和28d抗压强度分别不小于抗压强度分别不小于50MPa和和69MPa外，还必须具有可泵性好，自密实，即外，还必须具有可泵性好，自密实，即混凝土粘聚性好，经混凝土粘聚性好，经60m溜槽后不离析，溜槽后不离析，不泌水，初始坍落度

45、大于不泌水，初始坍落度大于23cm，扩展度，扩展度大于大于60cm, 4h, 4h坍落度大于坍落度大于18cm18cm，扩展度，扩展度大于大于45cm,45cm,混凝土初凝大于混凝土初凝大于20h, ,终凝终凝21h25h. C 60C 60微膨胀钢管混凝土微膨胀钢管混凝土 配合比设计及性能配合比设计及性能 1 原材料的选择 1.1 1.1 水泥及矿物掺合料水泥及矿物掺合料 P.0 52.5P.0 52.5级水泥和级水泥和I I级粉煤灰级粉煤灰 1.2 1.2 膨胀剂膨胀剂 该桥选用的是高能延迟膨胀剂该桥选用的是高能延迟膨胀剂BEABEA 1.3 1.3 减水剂减水剂 高效减水保塑剂高效减水保

46、塑剂FDN-9003,FDN-9003,使配使配制的制的C60C60钢管混凝土工作性能满足钢管混凝土工作性能满足施工要求，混凝土含气量为施工要求，混凝土含气量为1.7%1.7%。1.4 1.4 集料集料 砂砂: :选用河砂，细度模数选用河砂，细度模数2.6,2.6,含含泥量泥量0.6%0.6% 碎石碎石:5 25mm:5 25mm连续级配，压碎连续级配，压碎值值6.9%6.9%，针片状含量，针片状含量5.6%5.6% 现场施工情况现场施工情况 巫巫山长江大桥钢管混凝土现场施山长江大桥钢管混凝土现场施工情况表明，采用所提供的配合比，工情况表明，采用所提供的配合比，配制的混凝土具有可泵性好、早强、

47、配制的混凝土具有可泵性好、早强、高强和补偿收缩等性能。混凝土不高强和补偿收缩等性能。混凝土不离析、不泌水，初始坍落度离析、不泌水，初始坍落度23cm23cm，扩展度扩展度62cm62cm，拌和物，拌和物4h4h后的坍落度后的坍落度19cm19cm。现场留样检测结果表明。现场留样检测结果表明:3d:3d平平均抗压强度为均抗压强度为56MPa. 28d56MPa. 28d平均抗压平均抗压强度为强度为79MPa. 79MPa. 混凝土混凝土60d60d膨胀稳定，膨胀稳定，自由膨胀率为自由膨胀率为6.1 X l06.1 X l0-4-4。 武汉市江汉三桥是市武汉市江汉三桥是市中心内环线交通枢纽工程中心

48、内环线交通枢纽工程. .主桥为单孔净跨主桥为单孔净跨280m280m下承下承式钢管混凝上拱桥式钢管混凝上拱桥. .桥梁桥梁全长全长302.926m.302.926m.计算跨径计算跨径为为283.598m,283.598m,钢管直径为钢管直径为1.0m.1.0m.核心混凝上要求核心混凝上要求为为C50C50泵送补偿收缩混凝泵送补偿收缩混凝土上共计土上共计2306.27m2306.27m3 3 对混凝土性能要求如下对混凝土性能要求如下: : (1) (1)钢管混凝上设计强度为钢管混凝上设计强度为50MPa.50MPa.施工配施工配制强度制强度fcu,o58.3MPa,fcu,o58.3MPa,混凝

49、上混凝上3d3d抗压强抗压强度度设计强度的设计强度的70% .70% .即即3d3d抗压强度抗压强度 35MPa 35MPa (2) (2)混凝上具有良好的可泵性混凝上具有良好的可泵性. .即坍落度大、即坍落度大、和易性好、不泌水、不离析、自密实。和易性好、不泌水、不离析、自密实。 (3)(3)混凝上具有补偿收缩性混凝上具有补偿收缩性. .其自由膨胀率其自由膨胀率为为 0.02%-0.04%.0.02%-0.04%.自应力值为自应力值为0.6-1. 0.6-1. 5MPa5MPa。相应的指标见表。相应的指标见表1 1所示。所示。 原材料及配合比原材料及配合比 a.a.水泥水泥: :华新水泥厂生

50、产的华新水泥厂生产的525#525#普通硅普通硅酸盐水泥酸盐水泥; ; b. b.粉煤灰粉煤灰: :武汉华电实业有限公司武汉华电实业有限公司级级粉煤灰粉煤灰; ; c. c.膨胀剂：混凝土膨胀剂膨胀剂：混凝土膨胀剂EA;EA; d.d.细集料细集料: :巴河中砂，细度模数巴河中砂，细度模数2. 2. 6-2. 86-2. 8，含泥量，含泥量0.8%;0.8%; e. e.粗集料粗集料: :阳新碎石，阳新碎石，5-20mm5-20mm，连续，连续级配，压碎值级配，压碎值9.8%9.8%，针片状含量，针片状含量12.9%12.9%，含泥量为，含泥量为0.7% ;0.7% ; f. f.塑化剂塑化剂: :武钢浩源外加剂厂生产的武钢浩源外加剂厂生产的FDN-9001FDN-9001高效减水剂。高效减水剂。 现场施工情况现场施工情况 江汉三桥钢管混凝土现场施工情况表明江汉三桥钢管混凝土现场施工情况表明. .采用所采用所提供的钢管混凝上配合比，混凝上具有可泵性好、提供的钢管混凝上配合比，混凝上具有可泵性好、旱强、高强和补偿收缩等性能旱强、高强和补偿收缩等性能. .混凝土不离析、不泌混凝土不离析、不泌水水. .初始坍