方钢管混凝土综述

方钢管混凝土综述【摘要】：介绍了方钢管混凝土的定义和结构特点，以及其理论在国内外的发展。并举出实际工程例子来阐明其在建筑中广阔的应用前景，同时也提出了方钢管混凝土结构存在的问题。【关键词】：方钢管混凝土；承载力；稳定性；应用【Abstract】ItIntroducesthedefinitionandthefeaturesofsquaresteeltubeconcretestructure,anditstheoryinthedevelopmentofbothathomeandabroad.Andgivessomepracticalengineeringexamplestoclarifyitsbroadapplicationprospectsinbuilding,andhasalsoputforwardtheexistingproblemsinsquaresteeltubeconcretestructure.0引言伴随着人类的进步，科技的进步。人类建筑史上出现了一种新型的结构形式：钢管混凝土结构。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土基础上演变发展起来的．指在钢管中填充混凝土而成的一种新型组合结构。钢管混凝土按截面形式分为圆钢管混凝土、矩形钢管混凝土、方钢管混凝土、多边形钢管混凝土等；按材料组成分为普通钢管混凝土(核心混凝土强度等级为C50以下的素混凝土，外包普通钢管，简称钢管混凝土)、薄壁钢管混凝土(普通素混凝土外包薄壁钢管)、高强钢管混凝土(高性能混凝土外包钢管)、钢管膨胀混凝土(钢管内填膨胀混凝土)、钢管自应力混凝土、增强钢管混凝土(钢管内填配筋混凝土或含有型钢的混凝土)、离心钢管混凝土(钢管内用离心法填充一层厚度为20mm～50mm的C40等级以上的混凝土而成型的空心钢管混凝土)等[1][2]。1方钢管混凝土结构的特点所谓方钢管混凝土，是指用钢板或角钢拼焊而成的方形空钢管，其内充填混凝土而形成的一类组台构件。它一方面通过钢管内混凝土的支撑作用防止钢管壁发生向内屈曲，提高了钢管壁的屈曲承载力；另一方面通过四壁的钢板对内填混凝土提供侧向约束，能提高混凝土的抗压强度。因此两者的组合承载力大于两者独立承载力之和。方钢管混凝土具有其独特的优势。[3]1.1和传统的钢筋混凝土相比承载力高，在保持截面形式相同的情况下，方钢管混凝土柱的承载力明显高于普通钢筋混凝土柱。质量轻，在保持钢材用量相近和承载力相同的情况下，构件的截面面积可以减小约一半，从而使得建筑物的使用面积得以增大，混凝土构件的自重相应减小约50％。抗震性能好，方钢管混凝土在反复荷载作用下，吸能性强，刚度基本不退化，延性性能好。施工方便，可以简化施工工艺，节省脚手架用量、缩短工期，减少施工用地。1.2和刚结构相比经济效益好，在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节约钢材50％，焊接工作量可以大幅减少。耐火性能好，方钢管混凝柱由于管内有混凝土存在，可以吸收热量．因而耐火时间比钢柱长。动力性能优越，在高层建筑中，方钢管混凝土结构具有比钢结构优越的动力性能，能减轻风致摆动，增加居住人员的舒适感。1.3和圆形钢管混凝土结构相比节点形式简单，方形截面钢管混凝土结构构件之间的交贯线在一个平面内，节点形式简单便于加工，可节约人工费用．降低工程造价。截面惯性矩大，稳定性能好，建筑布局灵活，方钢管混凝土柱承载力高，可以采用大柱网，提供较大的建筑空间，且自由分隔满足各种功能要求；另外，采用方钢管混凝土结构更符合人们传统的审美观。施工更方便，方形钢管混凝土结构由于外形规则，有利于梁柱连接，克服了圆钢管混凝土结构由于截面形式特殊所带来的施工上的不便。2方钢管混凝土理论在国内外的发展2.1方钢管混凝土理论在国外的发展1907年美国的Lally公司首次给出了钢管混凝土的承载力公式，前苏联在20世纪30年代开展了对钢管混凝土基本力学性能的试验研究。A·A·Gvozdev教授深刻阐述了钢管套箍混凝土的工作机理，采用极限平衡法推导了钢管混凝土轴压短柱极限承受能力的理论计算公式。60年代前后，钢管混凝土结构技术在苏联、西欧、北美和日本等工业发达国家受到重视，并在多层建筑立交桥和特种结构工程中得以推广。60年代以来，国外学者对钢管混凝土的力学性能和设计方法进行了大量试验研究和理论分析，取得了丰硕成果，并在实际工程中得到广泛应用。在对钢管混凝土力学性能研究时，他们大多集中于承载力，并且大多集中于普通混凝土的研究，对应力一应变关系研究不多。80年代后期由于先进的泵灌混凝土工艺的发展，解决了现场混凝土浇灌工艺问题，加之现代高强混凝土迅速发展，因此被认为是高层建筑营造技术的一次突破。国外对于钢管混凝土构件承载力计算编制了多种规范，如美国的混凝土协会编制的ACI(1999年)，美国颁布的《钢与混凝土组合柱设计规范》AIJ(1997年)[4][5]，JCI319—89，LRFD(1994年)，英国的标准规范BS5400，欧洲钢结构协会(ECCS)出版了《组合结构规程及其说明》，欧洲出版的EC4(1996年)，德国指定的《桥梁标准》，日本建筑学会颁发的《型钢混凝土结构计算标准》，还有德国的NI88009(1997年)等。2.2方钢管混凝土理论在国内的发展钢管混凝土结构技术在我国开发利用已有40多年历史。我国最早开展对钢管混凝土基本理论研究的是中国科学院哈尔滨土木建筑研究所。此后，国内的哈尔滨建筑大学、中国科学研究院、苏州混凝土与水泥制品研究院、北京地下铁道工程局及电力工业部电力研究所等单位都先后对其应力一应变的设计方法、节点构造和施工技术等开展了比较系统的研究，并取得了可喜的成果。1959年原中国科学院土木建筑研究所最先开展了钢管混凝土基本性能的试验研究。1970年清华大学抗震抗爆工程研究室与北京地下铁道工程局合作，又对钢管混凝土短柱抗压性能进行了试验研究。1980年根据国家建设部科技发展计划，中国建筑科学研究院结构所、哈尔滨建筑工程学院等单位为建立一套能满足设计要求的钢管混凝土结构计算理论和设计方法，开展了较为系统的试验研究。1986年中国钢结构协会组建了钢一混凝土组合结构协会，并且每两年组织一次年会，年会学术交流活跃，研究内容深入。目前国内关于钢管混凝土结构设计还没有国家标准，但一些行业制定了相关设计规程，主要有以下四种：国家建材总局编制的JCJ01—89(1989年)钢管混凝土设计与施工规程[6]，中国工程建设标准化协会编制的CECS28：90(1992年)钢管混凝土设计及施工规程[7]，电力行业编制DJ/T5085(1999年)钢混凝土组合结构设计规程[8]和国家军用标准GJB(2001年)战时军港抢修早强型组合结构技术设计规范(以下简称《GJB》)。目前钢一混凝土组合结构已被列入国家科技成果重点推广项目，为进一步在实际工程中推广应用钢管混凝土创造了条件。特别在最近10年在国家自然科学基金会和建设部、铁道部、国家建材局等联合资助的钢管高强混凝土的项目都有很大成果。3方钢管混凝土的应用20世纪60～80年代钢管混凝土开始应用于工业与民用建筑。随着理论研究的深入、设计规程的颁布和其自身具有的优点，钢管混凝土被越来越广泛地应用于单层和多层工业厂房的研究。(3)钢结构住宅的关键在于外墙板的价格、质量、防水、耐久性及接缝的处理等。目前虽然有的墙板各个方面性能比较好，但价格较高，开发商和住户无法接受，所以暂时还无法大力推广。因此，我们应该大力开发价廉物美、轻质高强且具有耐久性的外墙板与相应的配套构件。(4)结合实际工程，进一步完善钢结构(钢管混凝土)住宅建筑的设计理论、不同类型结构设计规范和施工规程，尽快编制各类构件的配套图集。此外，钢结构住宅对施工队伍的施工技术要求比较高，而国内大部地区主要进行混凝土结构的施工建设，因此应该加强对钢结构专业施工队伍的培训，进一步促进钢管混凝土在住宅中的发展与应用。[参考文献][1]钟善桐，钢管混凝土结构【M】。哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1994。[2]韩林海，样有福。现代钢管混凝土结构技术。北京：中国建筑工业出版社，2004。[3]初文容，王汝恒，郭文。钢管混凝土结构特点及存在的问题。山西建筑，2006.3，3（26）。[4]Sharms.M.,sadeghvaziriM.S.Stateoftheartofconcretee-filledsteeltubularcolumns[J].ACIStructurejounlal，1997，94(5):558-571。[5]WangQ.X.，ZhaoG.F.,LinL.Y.Ductilityofhighstrengthreinforcedconcretecolumns[J].Nuc