1、钢管混凝土结构的特点与应用摘要:钢管混凝土结构由于具有一系列优点，近年来在国内外的研究和应用取得了令人瞩目的成果，本文介绍了钢管混凝土结构的特点，论述了钢管混凝土在国内外的研究现状，并探讨了钢管混凝土结构的发展前景。 关键词：钢管混凝土结构；抗震性能；承载力 Abstract: Concrete filled steel tube structure has a series of advantages, has been made in research and application of the results attract peoples attention in recent ye
2、ars at home and abroad, this paper introduces the characteristics of steel pipe concrete structure, discusses the current research of the concrete filled steel tube at home and abroad, and discusses the steel tube concrete structure development prospect. Key words: concrete filled steel tube structu
3、re; seismic performance; bearing capacity 中图分类号：TU375 文献标识码：A 引言 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。按截面形式不同，可分为圆钢管混凝土，方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。其中矩形钢管混凝土和圆钢管混凝土应用较广。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，即钢管对核心混凝土的约束作用，使混凝土处于三向受压状态，混凝土的强度得以提高，塑性和韧性得到改善，同时克服了钢管容易发生局部屈曲的缺点。此外，在钢管混凝土的施工过程中，钢管还可以作为浇筑核心混凝土的模板，与钢筋混凝土相比，可节省模板费用，加快施工速
4、度。总之，通过钢管和混凝土组合成为钢管混凝土，不仅可以弥补两种材料各自的缺点，而且能够充分发挥二者的优点。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。 钢管混凝土结构的优点 （1） 、承载力高。钢管混凝土构件受压时，由于产生紧箍效应，核心混凝土三向受压，强度大大提高，钢管延缓和避免了过早发生局部屈曲。两种材料互相弥补了彼此的缺点，充分发挥了彼此的长处，从而使钢管混凝土具有较高的承载力，一般都高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。 （2） 、具有良好的塑性和抗震性能。在钢管混凝土构件轴压试验中，试件压缩到原长的 2/3，构件表面已褶曲，但仍有一定的承载力，可见塑
5、性非常好。钢管混凝土构件在压弯剪循环荷载作用下，水平力与位移之间的滞回曲线十分饱满，表明有很好的吸能能力，基本无刚度退化，它的抗震性能大大优于钢筋混凝土。 （3） 、经济效果显著。和钢柱相比，可节约钢材 50%，降低造价45%；和钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土约 70%，减少自重约 70%，节省模板 100%，而用钢量约略相等或略多。 （4） 、耐火性能好。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，减慢钢柱的升温时间，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。 （5） 、施工方便。与钢筋混凝土相比，采用钢管混
6、凝土构件不用绑扎钢筋、支模、拆模等工序，施工简便。与预制钢筋混凝土相比，钢管混凝土不需要构件预制现场。与钢结构相比，钢管混凝土构造简单，焊缝少，易于制作。与普通钢构件相比，钢管混凝土的柱脚零件少，焊缝短，可以直接插入混凝土基础的预留杯口中，使柱脚的构造更简单。 钢管混凝土结构的缺点 （1） 、使用范围有限。从现已建成的众多建筑来看，钢管混凝土的使用范围还仅限于柱、桥墩、拱架等。目前还很少有使用钢管混凝土梁的先例。这是因为梁一般都做成矩形，而矩形的钢管混凝土受力比较复杂而且构造要求繁琐，经济效益不佳。 （2） 、钢管混凝土结构的梁柱节点一直是工程应用和研究的关注点。虽然不少规程和研究者提出了一些
7、节点形式，但应尽快纳入设计规程，为钢管混凝土结构的推广应用提供一定基础。 （3） 、钢管混凝土构件进行施工时，一般都是先安装空钢管结构，这时空钢管单独承受施工荷载，浇灌混凝土时又会在空钢管内产生动压力，可能导致在钢管局部产生压力集中现象，严重时可使钢管胀裂。所以应对钢管混凝土施工力学问题进行深入系统的研究以提供合理的施工工艺和预防措施。 钢管混凝土结构的发展 在过去的几十年里，研究者们已对钢管混凝土构件在各种荷载，如压、弯、扭、剪及其组合作用下的力学性能及钢管混凝土构件的动力性能进行了大量的理论分析和试验研究，取得了丰硕的研究成果。目前，世界上许多国家都有了自己的设计规程。 钢管混凝土是在劲性
8、混凝土和螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的。最初的研究对象是圆钢管混凝土，已取得大量的研究成果，并广泛应用于高层建筑、工业厂房、桥梁等工程中。由于钢管混凝土具有以上优点，因而已受到国内外一些研究人员的重视，取得了一定的研究成果并在一定程度上得到应用，但有关的设计规程尚不够完善，还有待于更深一步的研究和完善。 国外对钢管混凝土的研究开展的比较早。1901 年，Swell JS 发表了第一篇有关钢管混凝土柱应用的文章。1902 年法国的 Conidere 发现横向箍筋约束产生的侧向压力可以提高构件的竖向承载力，为钢管混凝土的应用提供了理论依据。1931 年开始，前苏联以苏联中央建筑科学研究院为
9、首，进行了钢管混凝土柱的试验研究，上世纪三十年代末前苏联采用钢管混凝土结构建造了跨度为 140 米的铁路桥以及跨度为 100 米的公路桥，并陆续出版了有关钢管混凝土方面的专著。与此同时，欧美与日本等一些国家和地区也相继对钢管混凝土进行了研究。 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站工程，20 世纪 70 年代在单层工业厂房、重型构架中得到了成功的应用。近 10 年来，钢管混凝土结构在我国高层建筑工程、地铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了卓有成效的应用，推动了建造技术的发展。我国采用或部分采用钢管混凝土的高层建筑主要有:福建泉州邮电大
10、厦(高 87.5m、福建厦门阜康大厦(高 86.5m)、福建厦门金源大厦(高 96.0m)、福建福州侨益大厦(高 115.7m)、天津今晚报大厦(高 137m)和广州的好世界等。我国用于超高层的最大建筑为深圳赛格广场，共 70 层，地上部分高为 278.8m，计入裙房 15.5 万 m2。 钢管混凝土在我国高层建筑结构中的应用发展如此之快，主要是由于钢管混凝土用作高层、超高层结构的柱和抗侧力体系时具有许多优点：（1） 、构件截面小，节约了建筑材料，增加了使用空间，且构件自重较轻，从而减少了基础的负担，降低了基础的造价。 （2） 、抗震性能好； （3） 、耐火性能优于钢结构，降低了防火造价； （
11、4） 、可采用逆作法或者半逆作法的施工方法，从而大大加快施工速度等。 图 1 钢管混凝土在桥梁中的应用 钢管混凝土结构研究的发展方向 （1） 、高强度材料的应用；（2） 、节点动力性能的研究；（3） 、耐火性能的研究；（4） 、钢管混凝土施工方面的研究；（5） 、预应力钢管混凝土方面的研究等。 结论 综上所述,我们不难发现尽管钢管混凝土结构在许多方面还存在着这样那样的弊端和问题,但是它的优点大大多于缺点,确实是其它结构形式所不及的。随着科技水平的不断提高及新材料的出现,我相信钢管混凝土的弊端会被进一步改善,优点充分体现出来,成为一种更完善的结构形式。参考文献： 1. 钟善桐. 钢管混凝土结构.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1994. 2. 蔡绍怀. 钢管混凝土结构的计算与应用.北京：中国建筑工业出版社，1989. 3. 李俊峰. 浅谈钢管混凝土结构的应用与优缺点，宝钢科技，2001，27(3)：92-95. 4. 韩林海. 钢管混凝土结构-理论与实践.北京：科学出版社，2004.
