方鋼管混凝土綜述

方鋼管混凝土綜述【摘要】：介紹了方鋼管混凝土的定義和結構特點，以及其理論在國內(nèi)外的發(fā)展。并舉出實際工程例子來闡明其在建筑中廣闊的應用前景，同時也提出了方鋼管混凝土結構存在的問題?！娟P鍵詞】：方鋼管混凝土；承載力；穩(wěn)定性；應用【Abstract】ItIntroducesthedefinitionandthefeaturesofsquaresteeltubeconcretestructure,anditstheoryinthedevelopmentofbothathomeandabroad.Andgivessomepracticalengineeringexamplestoclarifyitsbroadapplicationprospectsinbuilding,andhasalsoputforwardtheexistingproblemsinsquaresteeltubeconcretestructure.0引言伴隨著人類的進步，科技的進步。人類建筑史上出現(xiàn)了一種新型的結構形式：鋼管混凝土結構。鋼管混凝土是在勁性鋼筋混凝土及螺旋配筋混凝土基礎上演變發(fā)展起來的．指在鋼管中填充混凝土而成的一種新型組合結構。鋼管混凝土按截面形式分為圓鋼管混凝土、矩形鋼管混凝土、方鋼管混凝土、多邊形鋼管混凝土等；按材料組成分為普通鋼管混凝土(核心混凝土強度等級為C50以下的素混凝土，外包普通鋼管，簡稱鋼管混凝土)、薄壁鋼管混凝土(普通素混凝土外包薄壁鋼管)、高強鋼管混凝土(高性能混凝土外包鋼管)、鋼管膨脹混凝土(鋼管內(nèi)填膨脹混凝土)、鋼管自應力混凝土、增強鋼管混凝土(鋼管內(nèi)填配筋混凝土或含有型鋼的混凝土)、離心鋼管混凝土(鋼管內(nèi)用離心法填充一層厚度為20mm～50mm的C40等級以上的混凝土而成型的空心鋼管混凝土)等[1][2]。1方鋼管混凝土結構的特點所謂方鋼管混凝土，是指用鋼板或角鋼拼焊而成的方形空鋼管，其內(nèi)充填混凝土而形成的一類組臺構件。它一方面通過鋼管內(nèi)混凝土的支撐作用防止鋼管壁發(fā)生向內(nèi)屈曲，提高了鋼管壁的屈曲承載力；另一方面通過四壁的鋼板對內(nèi)填混凝土提供側(cè)向約束，能提高混凝土的抗壓強度。因此兩者的組合承載力大于兩者獨立承載力之和。方鋼管混凝土具有其獨特的優(yōu)勢。[3]1.1和傳統(tǒng)的鋼筋混凝土相比承載力高，在保持截面形式相同的情況下，方鋼管混凝土柱的承載力明顯高于普通鋼筋混凝土柱。質(zhì)量輕，在保持鋼材用量相近和承載力相同的情況下，構件的截面面積可以減小約一半，從而使得建筑物的使用面積得以增大，混凝土構件的自重相應減小約50％?？拐鹦阅芎?，方鋼管混凝土在反復荷載作用下，吸能性強，剛度基本不退化，延性性能好。施工方便，可以簡化施工工藝，節(jié)省腳手架用量、縮短工期，減少施工用地。1.2和剛結構相比經(jīng)濟效益好，在保持自重相近和承載力相同的條件下，可節(jié)約鋼材50％，焊接工作量可以大幅減少。耐火性能好，方鋼管混凝柱由于管內(nèi)有混凝土存在，可以吸收熱量．因而耐火時間比鋼柱長。動力性能優(yōu)越，在高層建筑中，方鋼管混凝土結構具有比鋼結構優(yōu)越的動力性能，能減輕風致擺動，增加居住人員的舒適感。1.3和圓形鋼管混凝土結構相比節(jié)點形式簡單，方形截面鋼管混凝土結構構件之間的交貫線在一個平面內(nèi)，節(jié)點形式簡單便于加工，可節(jié)約人工費用．降低工程造價。截面慣性矩大，穩(wěn)定性能好，建筑布局靈活，方鋼管混凝土柱承載力高，可以采用大柱網(wǎng)，提供較大的建筑空間，且自由分隔滿足各種功能要求；另外，采用方鋼管混凝土結構更符合人們傳統(tǒng)的審美觀。施工更方便，方形鋼管混凝土結構由于外形規(guī)則，有利于梁柱連接，克服了圓鋼管混凝土結構由于截面形式特殊所帶來的施工上的不便。2方鋼管混凝土理論在國內(nèi)外的發(fā)展2.1方鋼管混凝土理論在國外的發(fā)展1907年美國的Lally公司首次給出了鋼管混凝土的承載力公式，前蘇聯(lián)在20世紀30年代開展了對鋼管混凝土基本力學性能的試驗研究。A·A·Gvozdev教授深刻闡述了鋼管套箍混凝土的工作機理，采用極限平衡法推導了鋼管混凝土軸壓短柱極限承受能力的理論計算公式。60年代前后，鋼管混凝土結構技術在蘇聯(lián)、西歐、北美和日本等工業(yè)發(fā)達國家受到重視，并在多層建筑立交橋和特種結構工程中得以推廣。60年代以來，國外學者對鋼管混凝土的力學性能和設計方法進行了大量試驗研究和理論分析，取得了豐碩成果，并在實際工程中得到廣泛應用。在對鋼管混凝土力學性能研究時，他們大多集中于承載力，并且大多集中于普通混凝土的研究，對應力一應變關系研究不多。80年代后期由于先進的泵灌混凝土工藝的發(fā)展，解決了現(xiàn)場混凝土澆灌工藝問題，加之現(xiàn)代高強混凝土迅速發(fā)展，因此被認為是高層建筑營造技術的一次突破。國外對于鋼管混凝土構件承載力計算編制了多種規(guī)范，如美國的混凝土協(xié)會編制的ACI(1999年)，美國頒布的《鋼與混凝土組合柱設計規(guī)范》AIJ(1997年)[4][5]，JCI319—89，LRFD(1994年)，英國的標準規(guī)范BS5400，歐洲鋼結構協(xié)會(ECCS)出版了《組合結構規(guī)程及其說明》，歐洲出版的EC4(1996年)，德國指定的《橋梁標準》，日本建筑學會頒發(fā)的《型鋼混凝土結構計算標準》，還有德國的NI88009(1997年)等。2.2方鋼管混凝土理論在國內(nèi)的發(fā)展鋼管混凝土結構技術在我國開發(fā)利用已有40多年歷史。我國最早開展對鋼管混凝土基本理論研究的是中國科學院哈爾濱土木建筑研究所。此后，國內(nèi)的哈爾濱建筑大學、中國科學研究院、蘇州混凝土與水泥制品研究院、北京地下鐵道工程局及電力工業(yè)部電力研究所等單位都先后對其應力一應變的設計方法、節(jié)點構造和施工技術等開展了比較系統(tǒng)的研究，并取得了可喜的成果。1959年原中國科學院土木建筑研究所最先開展了鋼管混凝土基本性能的試驗研究。1970年清華大學抗震抗爆工程研究室與北京地下鐵道工程局合作，又對鋼管混凝土短柱抗壓性能進行了試驗研究。1980年根據(jù)國家建設部科技發(fā)展計劃，中國建筑科學研究院結構所、哈爾濱建筑工程學院等單位為建立一套能滿足設計要求的鋼管混凝土結構計算理論和設計方法，開展了較為系統(tǒng)的試驗研究。1986年中國鋼結構協(xié)會組建了鋼一混凝土組合結構協(xié)會，并且每兩年組織一次年會，年會學術交流活躍，研究內(nèi)容深入。目前國內(nèi)關于鋼管混凝土結構設計還沒有國家標準，但一些行業(yè)制定了相關設計規(guī)程，主要有以下四種：國家建材總局編制的JCJ01—89(1989年)鋼管混凝土設計與施工規(guī)程[6]，中國工程建設標準化協(xié)會編制的CECS28：90(1992年)鋼管混凝土設計及施工規(guī)程[7]，電力行業(yè)編制DJ/T5085(1999年)鋼混凝土組合結構設計規(guī)程[8]和國家軍用標準GJB(2001年)戰(zhàn)時軍港搶修早強型組合結構技術設計規(guī)范(以下簡稱《GJB》)。目前鋼一混凝土組合結構已被列入國家科技成果重點推廣項目，為進一步在實際工程中推廣應用鋼管混凝土創(chuàng)造了條件。特別在最近10年在國家自然科學基金會和建設部、鐵道部、國家建材局等聯(lián)合資助的鋼管高強混凝土的項目都有很大成果。3方鋼管混凝土的應用20世紀60～80年代鋼管混凝土開始應用于工業(yè)與民用建筑。隨著理論研究的深入、設計規(guī)程的頒布和其自身具有的優(yōu)點，鋼管混凝土被越來越廣泛地應用于單層和多層工業(yè)廠房的研究。(3)鋼結構住宅的關鍵在于外墻板的價格、質(zhì)量、防水、耐久性及接縫的處理等。目前雖然有的墻板各個方面性能比較好，但價格較高，開發(fā)商和住戶無法接受，所以暫時還無法大力推廣。因此，我們應該大力開發(fā)價廉物美、輕質(zhì)高強且具有耐久性的外墻板與相應的配套構件。(4)結合實際工程，進一步完善鋼結構(鋼管混凝土)住宅建筑的設計理論、不同類型結構設計規(guī)范和施工規(guī)程，盡快編制各類構件的配套圖集。此外，鋼結構住宅對施工隊伍的施工技術要求比較高，而國內(nèi)大部地區(qū)主要進行混凝土結構的施工建設，因此應該加強對鋼結構專業(yè)施工隊伍的培訓，進一步促進鋼管混凝土在住宅中的發(fā)展與應用。[參考文獻][1]鐘善桐，鋼管混凝土結構【M】。哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1994。[2]韓林海，樣有?！，F(xiàn)代鋼管混凝土結構技術。北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004。[3]初文容，王汝恒，郭文。鋼管混凝土結構特點及存在的問題。山西建筑，2006.3，3（26）。[4]Sharms.M.,sadeghvaziriM.S.Stateoftheartofconcretee-filledsteeltubularcolumns[J].ACIStructurejounlal，1997，94(5):558-571。[5]WangQ.X.，ZhaoG.F.,LinL.Y.Ductilityofhighstrengthreinforcedconcretecolumns[J].Nuc