钢管混凝土的应用

钢管混凝土的应用

1、钢管混凝土的出现

自1897年美国人johnlally在圆钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱（称为lally柱）并获得专利算起，钢管混凝土结构在土木工程中的应用已有百年历史。钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。众所周知，混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高。同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土按截面形式不同，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。近20年来，钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中（如厂房和高层建筑）。 2、钢管混凝土的特点 2.1承载力高，抗震性能优越

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。试验证明：对于圆钢管混凝土，整个构件的抗压承载力约为钢管和混凝土单独承载力之和的1.7倍～2.0倍；对于方形钢管混凝土，则为1.1倍～1.5倍。

抗震性能是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在这方面，钢管混凝土构件要比钢筋混凝土构件强得多。在压弯反复荷载作用下，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，且无下降段，和不丧失局部稳定性的钢柱相同，但在一些建筑中，钢柱常常要采用很厚的钢板以确保局部稳定性。但还常发生塑性弯曲后丧失局部稳定。因此，钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱。 2.2塑性和韧性好

混凝土的脆性较大，但核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了其弹性性质，而且在破坏时具有很大的塑性变形。试验表明，钢管混凝土轴心受压短柱破坏时，往往可以被压缩到原长的2/3，仍没有呈现脆性破坏的特征。由于钢管混凝土具有良好的塑性和韧性，因而抗震性能好。 2.3施工方便，工期大大缩短

与钢筋混凝土相比，采用钢管混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。

3、钢管混凝土的应用

钢管混凝土结构技术在我国研发利用已有近40年的历史。1966年将之用于北京地铁车站工程，上世纪70年代在一批重工业单层工业厂房和重型构架中成功应用。80年代以来，随着高度超过100m的超高层建筑的大量兴建，人们开始应用钢管混凝土柱以解决“胖柱”问题的探索，它既解决了高强混凝土柱的脆性问题，又进一步减少了柱的截面尺寸。近20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。在我国，钢管混凝土结构主要应用于以下领域中。

（1）高层和超高层建筑工程

将钢管混凝土结构应用到高层、超高层建筑中可节约建筑材料，增加使用空间。福建泉州邮电大楼是我国第一个局部采用钢管混凝土柱的高层建筑。此外局部采用钢管混凝土柱的建筑还有北京四川大厦、北京世界金融中心大厦、厦门阜康大厦等。全部柱子采用钢管混凝土的高层建筑有深圳赛格广场大厦、天津今晚报大厦、厦门金源大厦等。

（2）大跨度桥梁工程

在拱桥结构中，钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨度很大时，拱肋承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土构件非常合理；钢管还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。自1990年在四川省苍旺县建成跨度为115m的我国第一

座钢管混凝土拱桥以来，我国已经建成100多座钢管混凝土拱桥，其中跨度在100m以上的有30多座，尤其是重庆万县长江公路大桥，跨度达420m，一跨过江。经过多年的实践，我国在钢管混凝土拱桥建设上已经积累了丰富的经验，形成了一套较完整的拱桥建造技术。

（3）其他工程

钢管混凝土在其他工程中应用最多的是单层和多层工业厂房柱、高炉构架柱、锅炉构架柱、送变电构架柱、地铁站台柱、桁架压杆等，工程实例有：首钢、鞍钢和包钢的大型厂房和高炉构架，北京地铁，北京广安门华北电管局微波塔，湖北荆门热电厂的50m锅炉构架，华东、华北和辽宁等地的送变电构架等。 4、钢管混凝土结构的展望

钢管混凝土结构以其承载力高、抗震性能好、混凝土延性好、耐火性能好、施工简便以及造价经济合理等一系列优点而广泛应用于高层和超高层建筑以及中大跨度桥梁工程。相对于其它结构材料而言，钢管混凝土结构的研究还很不充分，尤其是结构体系的研究更少，还存在着一些需要进一步研究和解决的问题。同时钢管混凝土高层建筑前景非常广阔，高强、高性能和高效施工技术的钢管混凝土结构，薄壁钢管混凝土结构、大管径钢管混凝土结构是将来高层钢管混凝土结构的发展方向。 参考文献

[1]钟善桐.钢管混凝土结构[m].清华大学出版社，2003

[2]韩林海，杨有福.现代钢管混凝土结构技术[m].中国建筑工业出版社，2004

[3]姜迎春，寇智勇等.钢管混凝土结构的发展、研究及应用，辽宁工学院学报.[j]2004，24（2）：62-65