組合結(jié)構(gòu)鋼管混凝土課件

1、目錄鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況及應(yīng)用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及特點(diǎn)影響鋼管混凝土結(jié)構(gòu)承載力的因素鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)與構(gòu)造鋼管混凝土的施工與發(fā)展第一節(jié) 鋼管混凝土的發(fā)展概況及應(yīng)用1.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展概況 鋼管混凝土（Concrete Filled steel Tube）是在勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及螺旋配筋混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。 最早采用鋼管混凝土工程之一是1879年英國的賽文鐵路橋橋墩。 1923年日本發(fā)生關(guān)西大地震后，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)得到大量應(yīng)用。 前蘇聯(lián)在19世紀(jì)五六十年代對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn) 行了大量研究。 我國從1959年開始研究鋼管混凝土的基本性能。 1963年將鋼管混凝土柱應(yīng)用于北京

2、地鐵車站工程。 20世紀(jì)六十年代后，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)被大量推廣運(yùn)用。2.鋼管混凝土的應(yīng)用應(yīng)用推廣階段（20世紀(jì)60年代中期至80年代中期）單層工業(yè)廠房、多層工業(yè)廠房、設(shè)備構(gòu)架柱、輸電-變電塔等工程中運(yùn)用了鋼管混凝土結(jié)構(gòu) （ 大連造船廠） （ 變電構(gòu)架） 提高發(fā)展階段（20世紀(jì)80年代中期迄今） 高層和超高層建筑工程中運(yùn)用的鋼管凝土結(jié)構(gòu) （阜康大廈) （賽格廣場大廈）鋼管混凝土運(yùn)用在公路和城市拱橋中（四川旺蒼縣東河橋）（廣州丫髻沙大橋）第二節(jié) 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的基本概念及特點(diǎn)1.定義 鋼管混凝土（concrete filled steel tube，簡寫CFST）是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件。

3、2.鋼管混凝土的分類 按截面形式不同分為方鋼管混凝土、圓鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土。工程中常用的幾種截面形式有圓形、正方形和矩形。 按鋼管作用的差異，鋼管混凝土柱可分為兩 種形式:一是組成鋼管混凝土的鋼管和混凝土在受荷載初期共同受力，二是外加荷載僅作用在核心混凝土上，鋼管只起對核心混凝土的約束作用，即所謂的鋼管約束混凝土柱。 按鋼管內(nèi)部填充情況分為：實(shí)心鋼管混凝土和中空夾層鋼管混凝土。中空夾層鋼管混凝土近些年開始在工程中得到推廣運(yùn)用，此種結(jié)構(gòu)屬于新型結(jié)構(gòu)。常見的幾種鋼管混凝土截面形式（a）圓形 （b）正方形 （c）矩形3.鋼管混凝土的特點(diǎn)承載力高塑性和韌性好 施工方便：與鋼筋混凝土柱比，采用

4、鋼筋混凝土柱沒有綁扎鋼筋、支模和拆模等工序，施工簡便。耐火性能好經(jīng)濟(jì)效果好第三節(jié) 影響鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的因素1. 長期荷載對鋼管混凝土承載力的影響 在長期荷載作用下，鋼管混凝土由于其核心混凝土的壓縮徐變與收縮，有兩種現(xiàn)象發(fā)生：一是混凝土的模量降低，二是在鋼管和核心混凝土之間將產(chǎn)生內(nèi)力重分布現(xiàn)象。 一般認(rèn)為由于混凝土的徐變特性會使長期荷載作用下的鋼管混凝土構(gòu)件的承載力有所降低。2. 混凝土收縮對鋼管混凝土承載力的影響 鋼管混凝土構(gòu)件中混凝土的收縮分兩種情況。 第一，澆灌混凝土后立即封閉，多余水分無法揮 發(fā)，混凝土處于密閉狀態(tài)下養(yǎng)生，混凝土由于水泥水化作用而產(chǎn)生 的收縮是緩慢發(fā)生的，持續(xù)時間可達(dá)1年

5、2年之久；第二，澆灌混凝土后，隔一段時間在封閉，接近于在空氣中養(yǎng)生的條件。 對于第一種情況，可認(rèn)為混凝土的收縮是在 構(gòu)件承受荷載作用下發(fā)生的，因而由于混凝土的收縮而產(chǎn)生的內(nèi)力重分布現(xiàn)象和徐變的效果相同。 對于第二種情況，構(gòu)件在未承受荷載作用前混凝土發(fā)生縱向收縮，此收縮量相當(dāng)大，以致使混凝土產(chǎn)生橫向裂縫，因而并不引起縱向收縮應(yīng)力。在構(gòu)件開始受載階段，荷載完全由鋼管承受，在鋼管的受壓縱向應(yīng)變等于混凝土收縮時的拉伸應(yīng)變后，橫向裂縫被壓而閉合，混凝土參與受力。 3.環(huán)境溫度對鋼管混凝土承載力的影響 溫度對鋼管混凝土受壓構(gòu)件的承載力有影響，設(shè)計(jì)時必須通過計(jì)算進(jìn)行考慮。當(dāng)溫度超過100攝氏度時，構(gòu)件的承載

6、力會下降很多。 均勻升溫到60攝氏度，軸壓構(gòu)件的組合承載力下降9%左右，到80攝氏度時，軸壓構(gòu)件的組合承載力下降13%左右，到100攝氏度時，下降18%， 承載力下降幅度與含鋼率及混凝土強(qiáng)度基本無關(guān)。4.焊接對鋼管混凝土承載力的影響 焊接會造成鋼管混凝土構(gòu)件核心混凝土強(qiáng)度指標(biāo)的下降，下降程度隨著焊接量大小而不同，焊接量越大，下降越多。 焊接過程中，由于核心混凝土吸收大量的熱量，只有一小部分的鋼材處于熱塑性狀態(tài)，在設(shè)計(jì)荷載作用下施焊時，構(gòu)件的剛度變化很小，對 其工作性能沒有明顯的影響，但不宜在同一構(gòu)件上多處同時施焊。 當(dāng)管徑越大時，局部施焊的影響將更小，因此從小尺寸構(gòu)件上得出的結(jié)論同樣適用于大尺

7、寸構(gòu)件。第四節(jié) 鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)與構(gòu)造各國的設(shè)計(jì)規(guī)范歐洲規(guī)范EC4（1994年）德國DIN18806第一部分（1984），現(xiàn)已修訂為DIN18806第五部分澳大利亞規(guī)范白俄羅斯規(guī)范日本AIJ（1980）美國AISC1994推薦的設(shè)計(jì)規(guī)程LRFD我國CECS 28:90 設(shè)計(jì)與施工規(guī)程鋼管混凝土統(tǒng)一理論 其基本思想是：首先分別確定鋼材和核心混凝土的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系模型，然后利用數(shù)值分析方法計(jì)算出各類構(gòu)件的綜合荷載變形全過程關(guān)系曲線，由這些曲線推導(dǎo)出鋼管混凝土的各種綜合力學(xué)性能指標(biāo)。 1.軸心受壓構(gòu)件軸心受力作用下鋼管和混凝土的受力狀態(tài)示意圖 典型的鋼管混凝-關(guān)系四個階段：彈性階段彈塑性階段塑性強(qiáng)

8、化階段下降段破壞形態(tài) 鋼管混凝土的破壞形態(tài)主要與含鋼率有關(guān)，當(dāng)含鋼率較低（6%時，鋼管混凝土強(qiáng)度與變形均大大提高，鋼管混凝土的優(yōu)越性得到了充分發(fā)揮。工程實(shí)踐證明，鋼管混凝土 的含鋼率一般都應(yīng)在5%以上，通常在5%18%最佳，其破壞形態(tài)屬于塑性破壞。軸心受壓構(gòu)件的設(shè)計(jì) 軸心受壓構(gòu)件的承載力包括強(qiáng)度和穩(wěn)定，此外還有的鋼管的局部穩(wěn)定和構(gòu)件的容許長細(xì)比的規(guī)定。 1. 鋼管混凝土的局部穩(wěn)定由限定鋼管的壁厚來保證，要求壁厚不得小于直徑的1%，即：D/t100 2. 作為框架柱時，容許長細(xì)比【】=80；用作平臺柱時，放寬到100；用作桁架壓桿時，可放寬到120。 3. 單管柱的設(shè)計(jì) 4. 格構(gòu)式構(gòu)件的設(shè)計(jì)2

9、.軸心受拉構(gòu)件工作原理 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)主要是用于受壓構(gòu)件。但在實(shí)際工程中有時出現(xiàn)鋼管混凝土構(gòu)件或構(gòu)件的一部分處于受拉狀態(tài)，如壓彎、受彎構(gòu)件等。鋼管混凝土軸心受拉時，鋼管縱向伸長，徑向收縮。由于鋼管內(nèi)混凝土限制鋼管的徑向收縮，在鋼管與混凝土之間產(chǎn)生了緊箍力。但是混凝土的抗拉強(qiáng)度很低，在拉力很小時，混凝土橫向開裂，形成很多微細(xì)的裂縫，其受力特點(diǎn)是鋼管為縱向、環(huán)向受拉，而 徑向受壓，并且一開始受力就產(chǎn)生緊箍力，核心混凝土受環(huán)向和徑向等值側(cè)向壓力的作用，而縱向不受力。 總之，鋼管混凝土軸心受拉時鋼管承受縱向拉力，內(nèi)部混凝土僅起著約束鋼管橫向變形的作用?；炷恋募s束作用使鋼管產(chǎn)生緊箍力，從而提高了鋼管的

10、縱向承載力。軸心受拉構(gòu)件的承載力計(jì)算 根據(jù)鋼管混凝土軸心受拉構(gòu)件的工作原理，鋼管混凝土軸心受拉承載力可按鋼管計(jì)算，即 =K . fy .As3.偏心受壓構(gòu)件 工作原理 當(dāng)鋼管混凝土受到偏心力作用時，一開始就發(fā)生了撓曲，截面上的應(yīng)力分布不均勻。如果構(gòu)件長細(xì)比較?。?0），構(gòu)件在達(dá)到極限承載力之前截面按塑性發(fā)展，構(gòu)件破壞為強(qiáng)度破壞。當(dāng)構(gòu)件的長細(xì)比較大時，構(gòu)件的承載力取決于穩(wěn)定。荷載變形曲線三階段：彈性階段（OA）彈塑性階段（AB）破壞階段（BC）承載力計(jì)算 鋼管混凝土構(gòu)件受力比較復(fù)雜，但可以認(rèn)為鋼管混凝土偏壓構(gòu)件受力實(shí)質(zhì)是受到軸向壓力N和彎矩M同時作用，可簡化為3種不同加載路徑。4.鋼管混凝土構(gòu)造

11、的一般規(guī)定 (1)鋼材的選用，應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，宜選用Q235、Q345和Q390鋼?；炷敛捎闷胀ɑ炷?，混凝土強(qiáng)度等級不宜低于C30。 （2）鋼管直徑不得小于100mm。根據(jù)焊接的需要，管壁厚度不宜小于4mm。鋼管外徑與壁厚之比值d/t，宜限制在20到85 （3）鋼管混凝土的套箍指標(biāo)=AS.fy/(AC/fc),宜限制在0.3到3之間。（4）鋼管混凝土構(gòu)件的長細(xì)比不宜超過表里的限制 （5）格構(gòu)柱的構(gòu)造應(yīng)符合下列要求 1）腹桿宜采用空鋼管。格構(gòu)柱腹桿和柱肢應(yīng)直接焊接，柱肢上不得開孔。 2）斜腹桿格構(gòu)式柱。斜腹桿與柱肢軸線夾角宜為 4060；桿件軸線宜交于節(jié)點(diǎn)中心或腹桿軸線交點(diǎn)與

12、柱肢軸線距離不宜大于d/4（d為柱肢外徑），當(dāng)大于d/4時，應(yīng)計(jì)算其偏心影響；腹桿端部凈距不小于50mm。 3）平腹桿格構(gòu)式柱，腹桿中心距離不大于柱肢中心距離的4倍；腹桿空鋼管面積不小于一個柱肢鋼管面積的1/4；腹桿的長細(xì)比不大于單個柱肢長細(xì)比的1/2。 4）三肢或四肢格構(gòu)式柱應(yīng)沿柱高方向設(shè)置橫隔，橫隔間距不應(yīng)大于柱截面長邊的9倍或8m。在受有較大水平力處和運(yùn)輸單元的端部應(yīng)設(shè)置橫隔，沒格運(yùn)輸單元不應(yīng)少于兩個。 （6）有防火要求的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，可在鋼管外表面涂刷防火涂料，或涂抹厚度不小于50mm的鋼絲網(wǎng)水泥石灰砂漿（1：2：8)。第五節(jié) 鋼管混凝土的施工與發(fā)展施工 鋼管混凝土的施工包括鋼結(jié)構(gòu)施

13、工和混凝土施工兩部分，且各有特殊性。前者是管柱的制作與安裝，后者是管內(nèi)混凝土的澆灌。 管柱的制作就是鋼結(jié)構(gòu)的制作，其制作和一般鋼結(jié)構(gòu)相同，都應(yīng)在正規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)制造廠中完成。現(xiàn)場安裝則應(yīng)由有資質(zhì)的安裝公司承包，對制作必須嚴(yán)格要求，質(zhì)量應(yīng)該符合有關(guān)規(guī)范對質(zhì)量的要求。 混凝土澆灌都應(yīng)在現(xiàn)場進(jìn)行，有土建施工單位承包。管內(nèi)混凝土的澆灌屬隱蔽工程，無法直接觀察到澆灌質(zhì)量和存在的缺陷，因此必須制定嚴(yán)格的施工工藝細(xì)則，加強(qiáng)澆灌工序的監(jiān)督管理，澆灌后按規(guī)定對管內(nèi)混凝土質(zhì)量進(jìn)行抽檢，如超聲波檢測。 構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)符合“強(qiáng)柱、弱梁、節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)”的設(shè)計(jì)原則。 發(fā)展 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)自20世紀(jì)60年代開始引入我國以來，發(fā)展十分迅速。無論在基本性能和計(jì)算理論的研究方面，還是在實(shí)際工程的推廣方面，