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鋼管混凝土綜述

2019-11-19 23:58   评论:86 点击:585
近20年來,鋼管混凝土結構逐步被利用於建築結構特別是在高層建築結構中,隨著建築物高度的增加 ,鋼管高強混凝土和鋼管超高強混凝土結構的利用也將會得到快速的發展。一般的,我們把混凝土強度等級在C50以下的鋼管混凝土稱為普通鋼管混凝土;混凝土強度等級在C50以上的鋼管混凝土稱為鋼管高強混凝土;混凝土強度等級在C100以上的鋼管混凝土稱為鋼管超高強混凝土。 鋼管混凝土結構是由混凝土填進鋼管內而形成的一種新型組合結構。由於鋼管混凝土結構能夠更有效地發揮鋼材和混凝土兩種材料各自的優點,同時克服了鋼管結構輕易發生局部屈曲的缺點。近年來,隨著理論研究的深進和新施工工藝的產生,工程利用日益廣泛。鋼管混凝土結構按照截麵形式的不同可以分為矩形鋼管混凝土結構、圓鋼管混凝土結構和多邊形鋼管混凝土結構等,其中矩形鋼管混凝土結構和圓鋼管混凝土結構利用較廣。 1.鋼管混凝土結構的特點 盡人皆知,混凝土的抗壓強度高。但抗彎能力很弱,而鋼材,特別是型鋼的抗彎能力強,具有良好的彈塑性 ,但在受壓時輕易失穩而喪失軸向抗壓能力。而鋼管混凝土在結構上能夠將二者的優點結合在一起,可使混凝土處於側向受壓狀況 ,其抗壓強度可成倍進步.同時由於混凝土的存在,進步了鋼管的剛度,兩者共同發揮感化,從而大大地進步了承載能力 。鋼管混凝土作為一種新興的組合結構,首要以軸心受壓和感化力偏心較小的受壓構件為主,被廣泛使用於框架結構中(如廠房和高層) 。鋼管混凝土結構的迅速發展是由於它具有良好的受力性能和施工性能,具體表現為以下幾個方麵: 1.1 承載力高、延性好,抗震性能優越 鋼管混凝土柱中,鋼管對其內部混凝土的束縛感化使混凝土處於三向受壓狀況,進步了混凝土的抗壓強度;鋼管內部的混凝土又可以有效地防止鋼管發生局部屈曲。研究表明,鋼管混凝土柱的承載力高於相應的鋼管柱承載力和混凝土柱承載力之和 。鋼管和混凝土之間的相互感化使鋼管內部混凝土的破壞由脆性破壞改變為塑性破壞,構件的延性性能明顯改善,耗能能力大大進步,具有優越的抗震性能。 塑性是指在靜載感化下的塑性變形能力。鋼管混凝土短柱軸心受壓試臉表明,試件壓縮到原長的2/3,縱向應變達30%以上時,試件仍有承載力。剝往鋼管後,內部混凝土雖已有很大的鼓凸褶皺,但仍保持完整,並未疏鬆,且仍有約5%的承載力,用錘敲擊後才粉碎脫落。抗震性能是指在動荷載或地震感化下,具有良好的延性和吸能性。在這方麵,鋼管混凝土構件要比鋼筋混凝土構件強得多 。在壓彎反複荷載感化下,彎矩曲率滯回曲線表明,結構的吸能性能特別好,無剛度退化 ,且無下降段,和不喪失局部穩定性的鋼柱相同,但在一些建築中,鋼柱經常要采用很厚的鋼板以確保局部穩定性。但還常發生塑性彎曲後喪失局部穩定。是以,鋼管混凝土柱的抗震性能也優於鋼柱。 1.2 施工方便,工期大大縮短 鋼管混凝土結構施工時,鋼管可以做為勁性骨架承擔施工階段的施工荷載和結構重量,施工不受混凝土養護時間的影響;由於鋼管混凝土內部沒有鋼筋,便於混凝土的澆注和搗實;鋼管混凝土結構施工時,不需要模板,既節省了支模、拆模的材料和人工用度,也節省了時間。 1.3 有益於鋼管的抗火和防火 由於鋼管內填有混凝土,能吸收大量的熱能,是以蒙受火災時管柱截麵溫度場的分布很不均勻,增加了柱子的耐火時間,減慢鋼柱的升溫速度,並且一旦鋼柱屈服,混凝土可以承受大部分的軸向荷載 ,防止結構倒塌。組合梁的耐火能力也會進步,由於鋼梁的溫度會從頂部翼緣把熱量傳遞給混凝土而降低。經實驗統計數據表明:達到一級耐火3小時要求和鋼柱相比可節約防火塗料1/3一2/3甚至更多,隨著鋼管直徑增大,節約塗料也越多。 1.4 耐腐蝕性能優於鋼結構 鋼管中澆注混凝土使鋼管的外露麵積減少,受外界氣體腐蝕麵積比鋼結構少得多 ,抗腐和防腐所需用度也比鋼結構節省。鋼管混凝土構件的截麵形式對鋼管混凝土結構的受力性能、施工難易程度、施工工期和工程造價都有很大的影響。圓鋼管混凝土受壓構件借助於圓鋼管對其內部混凝土有效的束縛感化,使鋼管內部的混凝土處於三向受壓狀況,使混凝土具有更高的抗壓強度。但是圓鋼管混凝土結構的施工難度大,施工本錢較高。相比之下,方鋼管混凝土結構的施工較為方便 ,但鋼管混凝土受到的束縛感化較小,結構的承載力較低。 1.5 施工方麵 鋼管混凝土柱的零件較少,焊縫少 ,構造簡單,柱腳常采用在棍凝土基礎上預留杯口的插人式柱腳,因此工廠製造比較簡單,同時構件自重較小 ,運輸和吊裝也較易,施工很簡便,而且鋼管餛凝土柱采用板材卷製,板材厚度都不大,一般在40m以內,無論工廠焊接和現場進行對接,都沒有什麽困難。同時,與鑰筋混凝土柱相比,鋼管混凝土柱的外皮鋼管具有鋼筋的功能,兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的感化,所以管內沒鋼筋,省了鋼筋下料和綁紮鋼筋等一係列工藝,又由於柱外皮鋼管本身就是耐側壓的模板 ,同時也省了支模和拆模等工序。近年來,泵送磚相當普遍,現場澆灌並無困難,我國創造並廣泛使用的高位拋落不振搗混凝土的施工方法,更簡化了現場灌混凝土的工序,簡便了施工。也有在管柱下部開臨時澆灌孔,用混凝土泵自下而上灌注混凝土的方法,既快,又保證澆灌質量。而且,在澆築後,鋼管內處於相當穩定的濕度條件,水分不易蒸發,省往澆水養護工序,簡化了混凝土的養護工藝。 在鋼管構件的建造、安裝要求方麵:①鋼管混凝土柱用的鋼管,焊接、建造要求較高。一般應優先采用螺旋焊管 ,無螺旋焊接管時,也可以用滾床自行卷製鋼管,但卷管的方向應與鋼板壓延方向垂直且對管的內徑有一定的要求 。焊接時除一般鋼結構的建造要求外要嚴格保證管的平、直,不得有翹曲、表麵鏽蝕和衝擊痕跡。特別是它對鋼管內壁的除鏽要求。可能會增加鋼管的建造周期;②在構件建造過程中,鋼管的對接是一個難點 。結構要求焊後的管肢要平直,這就需要在焊接時采取相應的措施和特別重視焊接的順序和考慮到焊接變形的影響。管肢對接焊接前,對於小直徑鋼管應采用點焊定位.對於大直徑鋼管應另用附加鋼筋焊於鋼管外壁作臨時固定聯焊 。在鋼管對接焊過程中,如發現點焊定位處的焊縫出現微裂縫 ,則該微裂縫部位必須全部鏟除重焊。為了確保聯接處的焊縫質量,在現場拚接時,在管內接縫處必須設置附加襯管。對於格構式柱要求往的肢管和各種腹杆的組裝連接尺寸和角度必須精確。特別是腹杆與肢管聯接處的間隙,應采用主動切管機按拍照接麵管的直徑和角度切割成空間相交曲線的管端。如無主動切割機時應按板金展開圖進行放樣切割。在高層建築中經常采用變徑的鋼管,變徑管的對接就又是一個施工難點,變徑處節點構造較為複雜,無疑會影響到施工的進度。 2.鋼管混凝土結構的研究現狀 20世紀60年代之前 ,鋼管混凝土結構的研究對象首要是圓鋼管混凝土結構。從60年代後半期今後 ,開始比較係統地研究矩形鋼管混凝土結構 。目前,圓鋼管混凝土結構的研究已取得了豐富的成果 ,很多國家擬定了相應的設計和施工規範或規程,如歐洲標準EC4(1996)、德國標準DIN18800(1997)、美國標準ACI319-89、SSLC(1979)和LRFD(1997)、日本標準AIJ(1980,1997)。在我國,鋼管混凝土結構的研究首要集中在圓鋼管中填充素混凝土的內填型圓鋼管混凝土結構,最早開展研究工作的是原中國科學院哈爾濱土建研究所。1968年今後 ,中國建築科學研究院、冶金部冶金建築科學研究院等單位也先後對鋼管混凝土基本構件的工作性能 、設計方法 、節點構造和施工技術等方麵展開了係統的研究。進進80年代後,研究工作進一步深進 ,通過大量的試驗研究和理論分析,對構件的承載力和變形性能及其影響身分進行了全麵的研究,得到了實用的設計計算公式。與此同時 ,鋼管混凝土結構的施工技術也在迅猛發展,出現出很多新的施工工藝和施工方法,鋼管混凝土結構的上風得到了更加充分的發揮。近十幾年來,我國鋼管混凝土結構的科學研究和工程利用都取得了令人諦視的成就。目前已先後有國家建材局、中國工程建設標準化委員會、國家經濟貿易委員會和解放軍總後勤部頒布發行了有關鋼管混凝土結構的設計規程。為鋼管混凝土結構在我國的推廣奠定了堅實的基礎,使鋼管混凝土結構廣泛利用於各種大型建築工程和交通運輸工程中 。鋼管混凝土結構的利用在近十年的時間裏得到了飛速的發展 。 我國對於矩形鋼管混凝土結構的研究工作開展得較晚,1985年鄭州工學院開始進行方鋼管混凝土軸壓短柱的研究,其後同濟大學等單位也進行了方鋼管混凝土構件的研究 ,取得了一定的成果,而我國的矩形鋼管混凝土結構的設計施工規程尚在擬定中。
3.鋼管混凝土結構的工程利用 早在19世紀80年代,鋼管混凝土結構就已出現。例如,1879年英國賽文(severn)鐵路橋的建造中采用了鋼管橋墩,在鋼管中灌了混凝土以防止內部鏽蝕並承受壓力。前蘇聯烏拉爾的伊謝特鐵路橋采用鋼管混凝土構件做拱形桁架的上弦和上部建築的柱子,省鋼25%。1961年比利時建造船塢時,采用鋼管混凝土構件做桁架的壓杆和立柱,比鋼結構節省鋼材40%。法國巴黎居民區的第一座摩天大樓采用了鋼管混凝土框架柱 ,比鋼結構節省鋼材40%。前蘇聯在一些吊車棧橋(跨度達48m)中采用鋼管混凝土結構,比全鋼結構節省鋼材12%-28%,降低造價28% ,比鋼筋混凝土結構省鋼9%,降低造價56%。日本、瑞士等國在輸電跨越塔中采用了鋼管混凝土結構,也都取得了明顯的經濟效益 。 在20世紀60年代之前,由於鋼管內澆注混凝土的施工<1頁

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