鋼管混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及其在橋梁工程中的應(yīng)用

鋼管混凝土混合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理及其在橋梁工程中的應(yīng)用摘要:簡要介紹鋼管混凝土的發(fā)展史和特點(diǎn)，詳細(xì)闡述了鋼管混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:鋼管混凝土；小高層住宅；工程應(yīng)用引言鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)工程中的應(yīng)用已有百年歷史，由于受各種條件的限制，尤其是鋼管內(nèi)澆筑混凝土的施工工藝不夠完善，現(xiàn)場(chǎng)的施工操作顯得較為繁瑣。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)長期未得到應(yīng)有的發(fā)揮，直到20世紀(jì)80年代開始，隨著我國高強(qiáng)混凝土材料的出現(xiàn)和泵送混凝土工藝的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)鋼管內(nèi)混凝土的澆灌施工難度得以簡化，現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)才得以快速發(fā)展。我國近10多年來，先后頒布了幾本有關(guān)鋼管混凝土設(shè)計(jì)和施工方面的規(guī)程，如:中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(CECS28:90)、中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T5085-1999、國家建筑材料工業(yè)局標(biāo)準(zhǔn)JCJ01-89，還有GJB4142-2000、DBJ13-51-2003、DB29-57-2003等，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程的制定勢(shì)必為我國鋼管混凝土的發(fā)展起到理論指導(dǎo)作用，使鋼管混凝土在我國得以推廣應(yīng)用提供技術(shù)保證。1鋼管混凝土的特點(diǎn)鋼管混凝土即將普通混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)。鋼管混凝:上可借助圓形鋼管對(duì)核心混凝土的套箍約束作用，使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使核心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和抗壓縮變形能力，同時(shí)鋼管借助內(nèi)填混凝土的支撐作用，增強(qiáng)管壁的穩(wěn)定性，改變空鋼管的受力，盡而提高其承載能力。1.1承載力高、塑性好、抗震性能優(yōu)越鋼管混凝土對(duì)其中混凝土的套箍約束作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，混凝土縱向開裂得到延緩，而混凝土可以延緩或避免薄壁鋼管的局部屈曲，兩種材料相互作用，取長補(bǔ)短，研究試驗(yàn)表明，鋼管混凝土的承載力高于鋼管和核心混凝土的單獨(dú)承載力之和。由于鋼管混凝土中鋼管和核心混凝土同時(shí)工作，相互約束，在破壞時(shí)，發(fā)生較大塑性變形，還有這種結(jié)構(gòu)各個(gè)方向抵抗力相當(dāng)，在地震荷載和沖擊力荷載作用下，具有良好的延性和韌性，故抗震性能好。1.2經(jīng)濟(jì)效果好與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)鋼管本身就是優(yōu)良的模板，耐側(cè)壓，表面圓滑，可省去鋼筋綁扎，支模，拆模的工和料，并可采用先進(jìn)的泵送工藝施工，鋼管可充當(dāng)縱向鋼筋和橫向箍筋，鋼管構(gòu)件通常構(gòu)造簡單，焊縫少，易于制作，遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架和普通鋼構(gòu)件省工省料。在吊裝運(yùn)輸過程中，由于構(gòu)件自重小，可以大幅降低運(yùn)輸和吊裝成本，鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段它可起到勁性骨架的作用，焊接，安裝量大大減少，簡化安裝難度，可以先安裝后澆注混凝土，施工不受季節(jié)限制。大量工程實(shí)際和試驗(yàn)證明，采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，比自重相近和承載力相同的普通鋼結(jié)構(gòu)，可節(jié)約用鋼50%;和普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，在用鋼量相近和承載力相同的條件下，斷面可減少1/2，自重相應(yīng)減少1/2,基礎(chǔ)造價(jià)降低，使用面積得以增大。1.3防火性和耐腐蝕性好在火災(zāi)中，由于核心混凝土可吸收鋼管傳來的熱量，從而使鋼管的溫度場(chǎng)變得不均勻，升溫滯后，鋼管屈服后，核心混凝土可以承擔(dān)軸向壓力，同時(shí)鋼管也可保護(hù)核心混凝土不發(fā)生崩裂現(xiàn)象，這樣鋼管和核心混凝土之間相互協(xié)作，互相幫助，耐火性能大幅提高。由于鋼管內(nèi)充滿混凝土，使鋼管的外露面積減少，使得防腐費(fèi)用相對(duì)降低，耐腐蝕性能優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。2鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在小高層結(jié)構(gòu)住宅中的應(yīng)用2001年，山東萊鋼建設(shè)有限公司建成了山東省鋼結(jié)構(gòu)節(jié)能住宅示范試點(diǎn)工程萊鋼櫻花園1號(hào)樓，該住宅樓共13層，總面積12000m,地下一層設(shè)車庫，部分為商場(chǎng)，層高3.9m,地上12層住宅，建筑面積10369m，層高均為2.9m，建筑總高度34.8m。采用鋼管混凝土框架現(xiàn)澆混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，鋼管外直徑為300mm,Q345鋼，內(nèi)灌C45混凝土，梁采用Q345H型鋼。隨后在2002年至今，山東萊鋼建設(shè)有限公司又先后建成結(jié)構(gòu)形式類似的濟(jì)南艾菲爾花園、青島華陽慧谷、即墨德馨園、濟(jì)南黃金時(shí)代，濟(jì)南偉東新都、淄博菜鋼結(jié)構(gòu)有限公司職工住宅樓工程等系列工程。下面就淄博萊鋼鋼結(jié)構(gòu)有限公司職工住宅樓工程作一下詳細(xì)介紹:本工程結(jié)構(gòu)形式為鋼框架混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，現(xiàn)澆混凝土樓板，鋼柱為Q3454300X8鋼管混凝土，梁為Q345熱軋H型鋼梁，建筑分類為二級(jí)，地下為一級(jí)，地下室防水等級(jí)為一級(jí)。使用年限為50年，建筑面積7357.14m,其中地上面積6687.05m,地下部分為670.99.m',地下為儲(chǔ)藏室，地上為住宅共三個(gè)單元，層數(shù)為10層，層高為2.9m,建筑總高度34.2m。2.1鋼柱對(duì)接鋼柱對(duì)接應(yīng)制定嚴(yán)格的施工方案，對(duì)接后保持管肢的平直。本工程鋼柱采用空中對(duì)接,上下柱分別有3對(duì)成120度的對(duì)接耳板，上下耳板通過3條絲鋼連接，吊裝就位后利用絲杠鋼節(jié)鋼柱的標(biāo)高、垂直度。接著進(jìn)行焊接，焊接時(shí)采用分段反向順序，分段施焊應(yīng)保持對(duì)稱。肢管對(duì)接間隙放大2.0mm，以抵消焊接收縮變形。為確保連接處的焊接質(zhì)量，在管內(nèi)接縫處設(shè)置附加襯管，其寬度為20m，厚度為3m，與管內(nèi)壁保持0.5m的膨脹間隙，以確保焊縫根部的質(zhì)量。2.2混凝土澆注本工程采用C40無收縮免振搗自流平混凝土，水灰比為0.40,粗骨料粒徑采用5-20mm,塌落度不小于15cm,經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)試配得出滿足工程要求的混凝土配合比，水泥:砂:石；水:粉煤灰:微膨脹劑(UEA-D):減水劑(LB-D)=1:1.87:2.04:0.40:0.14:0.12:0.03。施時(shí)采用立式高位拋落無振搗法施工，利用混凝:土從高位順鋼管下落時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能達(dá)到振實(shí)混;凝土的目的，拋落高度不小于4m，拋落高度不足4m的區(qū)段，采用內(nèi)部振搗器振實(shí)。澆注混凝土前，先在底部填筑一層50-100m厚水泥沙漿，然后再澆注混凝土。鋼管內(nèi)的混凝土澆注工作連續(xù)進(jìn)行，必須間斷時(shí)，間歇時(shí)間控制在混凝土的終凝時(shí)間內(nèi)。當(dāng)混凝土澆管到鋼管頂端時(shí)，讓混凝土稍微溢出。管內(nèi)混凝土的澆注質(zhì)量，經(jīng)敲擊鋼管和鉆芯取樣作試驗(yàn)，全部達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的初步研究和實(shí)際工程中的應(yīng)用，得出以下結(jié)論:a.施工速度快，工廠化制作，由于工期比相應(yīng)磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)縮短1/2,因此可降低綜合造價(jià)3-5%,加快資金周轉(zhuǎn)，提高資金的收益;b.建筑總重輕，比相應(yīng)磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)輕1/3-1/2,用鋼量少，可降低基礎(chǔ)的造價(jià);c.環(huán)保效果好，施工時(shí)大大減少了砂、石、灰的用量，減少了對(duì)不可再生資源的破壞?，F(xiàn)場(chǎng)濕法施工大量減少，施工環(huán)境好。當(dāng)建筑服務(wù)期滿需拆除時(shí)，鋼材可全部回收利用，將大大減少灰色建筑垃圾;d.建筑物抗震，抗風(fēng)性能好，大大提高了住宅的安全可靠性，尤其在遭到罕遇地震的情況下，能夠避免建筑物的倒塌性破壞;e.戶內(nèi)使用空間大，比相應(yīng)磚混結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)提高3%-6%;3結(jié)束語總之，管混凝土結(jié)構(gòu)相配套的新