組合結(jié)構(gòu)鋼管混凝土

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)蘭州理工大學目錄鋼管混凝土結(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（ConcreteFilledsteelTube）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世紀五六十年代對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進行了大量研究。

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)用于北京地鐵車站工程。20世紀六十年代后，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)被大量推廣運用。2.鋼管混凝土的應(yīng)用應(yīng)用推廣階段（20世紀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80年代中期迄今）

高層和超高層建筑工程中運用的鋼管凝土結(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1.定義鋼管混凝土（concretefilledsteeltube，簡寫CFST）是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件。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.鋼管混凝土的特點承載力高塑性和韌性好施工方便：與鋼筋混凝土柱比，采用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1年—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)計時必須通過計算進行考慮。當溫度超過100攝氏度時，構(gòu)件的承載力會下降很多。

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)件核心混凝土強度指標的下降，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)論同樣適用于大尺寸構(gòu)件。第四節(jié)鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計與構(gòu)造各國的設(shè)計規(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)計規(guī)程LRFD我國CECS28:90設(shè)計與施工規(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性能指標。

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

典型榜的鋼醋管混魄凝σ-ε關(guān)系四個階今段：彈性階尤段彈塑性剖階段塑性耳強化拘階段下降訂段破壞犬形態(tài)鋼管混勁凝土的嚇破壞形劑態(tài)主要去與含鋼話率有關(guān)耀，當含躲鋼率較接低（ρ<4%）時，貧鋼管對起核心混遍凝土的侄側(cè)向約介束很小夢，基本成上屬于拒單向受功壓，其持承載能船力相當秘于鋼管臥與混凝著土兩者拿承載能黨力的簡早單疊加狡，其破波壞形態(tài)東屬于脆腎性破壞導(dǎo)。當含沉鋼率在5%∽杰6%時，表蘆現(xiàn)出明妄顯的塑基性性質(zhì)接，強度靠與變形付能力都楊有顯著成提高。療當ρ>6%時，鋼蜂管混凝臣土強度堅與變形世均大大赤提高，躬鋼管混升凝土的摸優(yōu)越性蕉得到了鎮(zhèn)充分發(fā)憐揮。工也程實踐濁證明，派鋼管混連凝土項的含鋼餐率一般權(quán)都應(yīng)在5%以上羨，通勞常在5%越∽1議8%最佳任，其鹿破壞核形態(tài)貼屬于客塑性純破壞恭。軸心切受壓載構(gòu)件倍的設(shè)權(quán)計軸心受摔壓構(gòu)件啄的承載文力包括縫強度和柏穩(wěn)定，育此外還骨有的鋼表管的局窄部穩(wěn)定按和構(gòu)件凳的容許呆長細比涉的規(guī)定火。1.鋼管忠混凝卷土的純局部繩穩(wěn)定茄由限叨定鋼丘管的蹦壁厚亡來保紋證，傳要求魯壁厚獵不得舉小于超直徑彩的1%，即路：D/t≤1淡002.作為框訂架柱時無，容許餡長細比【λ】=8籮0；用犬作平苗臺柱寶時，土放寬綠到10瘡0；用難作桁念架壓浴桿時太，可簽放寬談到120。3.單管柱矛的設(shè)計4.格構(gòu)式壯構(gòu)件的企設(shè)計2.軸心農(nóng)受拉捧構(gòu)件工作米原理鋼管混曉凝土結(jié)座構(gòu)主要融是用于巾受壓構(gòu)速件。但纖在實際餡工程中青有時出孫現(xiàn)鋼管伶混凝土勒構(gòu)件或謀構(gòu)件的煉一部分獵處于受糕拉狀態(tài)著，如壓獄彎、受莊彎構(gòu)件賓等。鋼咸管混凝柏土軸心懇受拉時盤，鋼管慘縱向伸桑長，徑烏向收縮鴉。由于惠鋼管內(nèi)活混凝土掌限制鋼淚管的徑勾向收縮素，在鋼池管與混團凝土之雁間產(chǎn)生斃了緊箍影力。但冊是混凝愉土的抗逐拉強度影很低，哄在拉力隆很小時位，混凝薦土橫向柱開裂，玩形成很俗多微細加的裂縫派，其受邀力特點燈是鋼管秀為縱向貫、環(huán)向疏受拉，鎮(zhèn)而徑向畫受壓竟，并駝且一望開始灰受力拴就產(chǎn)刃生緊退箍力辭，核墨心混墓凝土旁受環(huán)盤向和腔徑向孟等值蠶側(cè)向地壓力陳的作柏用，似而縱腦向不塌受力幻玉。總之，址鋼管混乒凝土軸幸心受拉森時鋼管緩承受縱戴向拉力偽，內(nèi)部暢混凝土戀僅起著織約束鋼長管橫向頓變形的湯作用。棗混凝土每的約束嘗作用使球鋼管產(chǎn)遠生緊箍輔力，從鞏而提高爹了鋼管胳的縱向船承載力魂。軸心床受拉墾構(gòu)件助的承蘭載力牙計算根據(jù)田鋼管境混凝錘土軸墻心受孫拉構(gòu)笛件的探工作牌原理墾，鋼物管混罷凝土雷軸心發(fā)受拉俗承載舞力可灘按鋼預(yù)管計卵算，士即Ｎ=K廈.fy.As3.偏心顫受壓屢構(gòu)件工作原斯理當鋼管病混凝土顏受到偏赴心力作陰用時，慶一開始掃就發(fā)生且了撓曲崇，截面斑上的應(yīng)爸力分布姜不均勻附。如果窯構(gòu)件長勺細比較用?。é?lt;10），構(gòu)曠件在達霜到極限恨承載力撿之前截較面按塑漆性發(fā)展疑，構(gòu)件刊破壞為廟強度破習壞。當壤構(gòu)件的排長細比鏈較大時爺，構(gòu)件寬的承載李力取決做于穩(wěn)定紙。荷載—變形曲鴉線三階段熔：彈性黑階段紀（OA）彈塑舌性階怎段（AB）破壞階斜段（BC）承載綱力計原算鋼管分混凝陵土構(gòu)繭件受疏力比說較復(fù)章雜，框但可語以認斯為鋼欣管混粘凝土惑偏壓帳構(gòu)件暴受力乏實質(zhì)美是受母到軸屠向壓企力N和彎矩M同時航作用倚，可芬簡化凍為3種不運同加盼載路鐘徑。4.鋼管陽混凝齡土構(gòu)鑼造的刷一般并規(guī)定(1)鋼材扎的選轉(zhuǎn)用，辦應(yīng)符譽合《鋼結(jié)蘭構(gòu)設(shè)徑計規(guī)趙范》的有關(guān)繁規(guī)定，戲宜選用Q23榜5、Q3扭45和Q3時90鋼?；煲r凝土采養(yǎng)用普通線混凝土快，混凝逝土強度漁等級不眉宜低于C30。（2）鋼管潤直徑不廈得小于100狗mm。根據(jù)貸焊接的鉤需要，佛管壁厚察度不宜念小于4mm。鋼管城外徑與牽壁厚之壤比值d/t，宜限餃制在20到85（3）鋼牌管混田凝土依的套塑箍指鹿標θ=AS.fy/(徐AC/fc),宜限違制在0.3到3之間。（4）鋼豬管混大凝土商構(gòu)件摘的長棋細比溫不宜良超過牛表里勤的限盒制（5）格訴構(gòu)柱邁的構(gòu)粉造應(yīng)燙符合感下列爆要求1）腹桿暗宜采用客空鋼管奏。格構(gòu)面柱腹桿椒和柱肢號應(yīng)直接裂焊接，腐柱肢上嚷不得開候孔。2）斜腹趁桿格構(gòu)雨式柱。胞斜腹桿道與柱肢網(wǎng)軸線夾激角宜為40o睛∽60農(nóng)o；桿慌件軸傘線宜焦交于痰節(jié)點藏中心迫或腹防桿軸備線交雨點與榴柱肢鉛軸線柔距離語不宜亞大于d/4（d為柱延肢外判徑）蘋，當斜大于d/4時，應(yīng)店計算其筑偏心影樓響；腹條桿端部趣凈距不失小于50解mm。3）平腹善桿格構(gòu)轉(zhuǎn)式柱，訂腹桿中液心距離胳不大于竹柱肢中拴心距離既的4倍；渠腹桿擱空鋼漲管面松積不掌小于決一個亮柱肢淹鋼管慌面積忙的1/不4；腹工桿的搖長細順比不讓大于謀單個蹄柱肢鬧長細彩比的1/2。4）三首肢或佩四肢保格構(gòu)敏式柱港應(yīng)沿買柱高霸方向叉設(shè)置仗橫隔警，橫全隔間腳距不雖應(yīng)大坦于柱給截面社長邊濫的9倍或8m。在扭受有散較大哥水平掠力處蝴和運必輸單險元的樣端部稈應(yīng)設(shè)消置橫墳隔，荒沒格峰運輸毫單元各不應(yīng)維少于栗兩個德。（6）有防況火要求尊的鋼管垃混凝土悟結(jié)構(gòu)，什可在鋼挎管外表扭面涂刷攔防火涂爺料，或縮慧涂抹厚死度不小度于50m釘m的鋼絲前網(wǎng)水泥甚石灰砂峰漿（1：2：8)。第五節(jié)絕鋼管總混凝土兵的施工破與發(fā)展施工鋼管腫混凝課土的借施工揭包括僅鋼結(jié)欣構(gòu)施竊工和秤混凝系土施犁工兩妻部分銜，且競各有慨特殊趟性。途前者版是管燃柱的鈔制作鎖與安歉裝，喇后者燦是管慢內(nèi)混探凝土嫂的澆飯灌。管柱的汗制作就康是鋼結(jié)基構(gòu)的制砌作，其遷制作和床一般鋼責結(jié)構(gòu)相青同，都港應(yīng)在正蔥規(guī)的鋼遇結(jié)構(gòu)制嚴造廠中籍完成。脈現(xiàn)場安才裝則應(yīng)腳由有資刮質(zhì)的安徐裝公司反承包，額對制作腫必須嚴暈格要求塑，質(zhì)量箱應(yīng)該符鵝合有關(guān)相規(guī)范對衰質(zhì)量的各要求?；炷链补喽监l(xiāng)豐應(yīng)在現(xiàn)昨場進行扒，有土局建施工責單位承爺包。管倘內(nèi)混凝疾土的澆覽灌屬隱呆蔽工程扎，無法湊直接觀各察到澆糊灌質(zhì)量雄和存在素的缺陷籌，因此鈴必須制然定嚴格暫的施工盲工藝細紀則，加蠶強澆灌堵工序的純監(jiān)督管揭理，澆晴