土木工程概論論文范文

1、土木工程概論論文范文    土木工程概論論文范文    土木工程概論論文鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件是指用混凝土填入薄鋼管內(nèi)形成的結(jié)構(gòu)構(gòu) 摘要： 件。鋼管混凝土主要用作受壓構(gòu)件，其優(yōu)勢(shì)在于更好地發(fā)揮鋼管與混凝土兩種材 料地受力性能?；炷潦艿戒摴艿臋M向約束而處于三向受壓狀態(tài)，具有更高的抗 壓強(qiáng)度和變形能力，由于鋼管壁的厚度較薄，在受壓狀態(tài)下容易局部失穩(wěn)，在其 中填充了混凝土后， 則顯著增加了鋼管壁的穩(wěn)定性， 其承載力也得到了充分發(fā)揮。 鋼管混凝土與結(jié)構(gòu)鋼相比，在保持自重相近和承載能力相同的條件下，可節(jié)省

2、鋼 材約 50%，焊接工作量可大幅度減少；與鋼骨混凝土柱相比，在保持構(gòu)件橫截面 積相近和承載能力相同的條件下，可節(jié)省鋼材約 50%，施工更為簡(jiǎn)便；與普通鋼 筋混凝土柱相比，在保持鋼材用量相近和承載能力相同的條件下，構(gòu)件橫截面積 可減少約一半，從而使建筑的有效面積得以加大，混凝土和水泥用量以及構(gòu)件自 重相應(yīng)減少約 50%。關(guān)鍵字：組合結(jié)構(gòu) 鋼管混凝土 承載力 節(jié)省鋼材1.概述 概述鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是一種組合結(jié)構(gòu)。組合結(jié)構(gòu)是由幾種不同受力性質(zhì)的建筑 材料組成的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，在荷載作用下能夠共同受力、變形協(xié)調(diào)。組合結(jié)構(gòu)的材 料有 4 種，分別是混凝土、鋼筋、型鋼、連接材料。組合結(jié)構(gòu)具有能發(fā)揮不同材料各自

3、優(yōu)良性能的特點(diǎn)，因而在許多國家得到了廣泛的應(yīng)用。 鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件是指用混凝土填入薄鋼管內(nèi)形成的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。 鋼 管混凝土組合結(jié)構(gòu)是指其主要構(gòu)件采用鋼管混凝土桿件所組成的結(jié)構(gòu)。目前，在 工程中應(yīng)用最多的是鋼管混凝土柱，其截面形式有圓形、矩形、方形、多邊形， 用的最多的是圓形。鋼管混凝土主要用作受壓構(gòu)件，其優(yōu)勢(shì)在于更好地發(fā)揮鋼管 與混凝土兩種材料的受力性能?；炷潦艿戒摴艿臋M向約束而處于三向受壓狀 態(tài)，具有更高的抗壓強(qiáng)度和變形能力，由于鋼管壁的厚度較薄，在受壓狀態(tài)下容 易局部失穩(wěn)，在其中填充了混凝土后，則顯著增加了鋼管壁的穩(wěn)定性，其承載力 也得到了充分發(fā)揮。2鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造要求 鋼管混

4、凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造除了應(yīng)滿足一般鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范與施工規(guī)程的要求 外，還應(yīng)考慮鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，保證構(gòu)造要求。21 鋼管 （1）鋼管可采用螺旋縫焊接鋼管，直接焊接鋼管或無縫鋼管。 一般情況下宜采用螺旋縫焊接鋼管， 因?yàn)樗菀走_(dá)到焊縫與母材等強(qiáng) 度的要求。 當(dāng)采用螺旋縫焊接鋼管的常用規(guī)格不能滿足要求或鋼管壁厚度比較 大時(shí)，可采用鋼板卷成的直縫焊接鋼管，且采用對(duì)接坡口焊縫，確保焊縫強(qiáng)度不 低于鋼管強(qiáng)度，不允許采用鋼板搭接的角焊縫。 無縫鋼管的造價(jià)較高。且管壁相對(duì)較厚，必要時(shí)也可采用。 （2）焊接鋼管必須采用雙面或單面 V 形坡口全熔透對(duì)接焊縫，并達(dá)到與母 材等強(qiáng)度的要求；直縫、環(huán)縫和螺旋縫的焊接質(zhì)量

5、均應(yīng)符合鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì) 量驗(yàn)收規(guī)范 （GB50205-2001）中一級(jí)焊縫標(biāo)準(zhǔn)；現(xiàn)場(chǎng)安裝分段接頭的受壓環(huán)焊 縫，應(yīng)符合二級(jí)焊縫的標(biāo)準(zhǔn)。 （3） 鋼管的鋼材應(yīng)采用屈強(qiáng)比fy/fu0.8 的 Q345 號(hào)鋼， 也可采用 Q390號(hào)鋼或 Q420 號(hào)鋼。鋼管壁的厚度 t 不應(yīng)小于 8mm ,也不宜大于 25mm；鋼管的 外直徑 D 不宜小于 100mm，鋼管的外徑與壁厚之比值 D/t 宜在 2070 之間，一 般承重柱在 70 左右，桁架桿件再 25 左右。 （4）當(dāng)采用手工焊時(shí)，Q235 鋼材應(yīng)采用 E43 型焊條，Q345 鋼材應(yīng)采用 E50 焊條，Q390 及 Q420 鋼材應(yīng)采用 E55

6、型焊條。用于加工制作鋼管的鋼板，尚應(yīng) 具有冷彎 180°的合格保證。 （5）鋼管混凝土的含鋼率 面積 AC 的比值，即 =ss，是指鋼管截面面積 AS 與內(nèi)填混凝土截面A Asc4t 。式中 D，t?分別為鋼管的外直徑和壁厚。 Ds為了保證空鋼管的局部穩(wěn)定，含鋼率 不應(yīng)小于 4% ，它相當(dāng)與經(jīng)厚D/t=100。對(duì)于 Q235 鋼，宜取 =4%16%，對(duì)于 Q345 鋼，宜取 =4%12%，s s一般情況下，比較合適的含鋼率為 =6%10%。s（6）矩形鋼管混凝土構(gòu)件的橫截最小邊尺寸不宜小于 100mm，鋼管壁厚度 不宜小于 4mm，截面的高度比 h/b 不宜大于 2,。當(dāng)有可靠依據(jù)時(shí)

7、，上列限值可適 當(dāng)放寬。當(dāng)矩形鋼管把混凝土構(gòu)件截面最大邊尺寸不小于 800mm 時(shí)，宜采用在 柱子內(nèi)壁上焊接栓釘、縱向加勁肋等構(gòu)造措施。2.2 混凝土（1）混凝土宜采用水泥混凝土。由于鋼管是封閉的，多余水分不能排出，故混 凝土水灰比不宜過大，應(yīng)控制在 0.45 及以下/ （2）為了確?；炷烈子谡駬v密實(shí)，可摻入引氣最小的減水劑，使混凝土的坍 落度保持在 160mm 左右。 （3）從優(yōu)化鋼管與混凝土的共同作用。減少變形和經(jīng)濟(jì)方面考慮，混凝土強(qiáng)度 等級(jí)宜在 C30C80 之間。 （4）管內(nèi)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，應(yīng)根據(jù)承載力大小的要求及與鋼管的鋼號(hào)相匹配。 一般情況下：Q235 鋼材，配 C30、C40

8、 或 C50 級(jí)混凝土;Q345 鋼材。配 C40、 C50 或 C60 級(jí)混凝土；Q390 鋼，配 C50 或 C60 級(jí)以上混凝土。 (5)采用泵送混凝土工藝或拋落無振搗澆灌時(shí)使用流動(dòng)性混凝土，采用振搗澆灌 工藝時(shí)，使用塑性混凝土。3鋼管混凝土結(jié)構(gòu)力學(xué)性能 鋼管混凝土柱由鋼管與混凝土兩者組成。鋼管與混凝土存在粘結(jié)力，因此鋼 管都處于縱向受壓、環(huán)向受拉的雙向應(yīng)力狀態(tài)（徑向壓力較小，可忽略不計(jì)） ， 而混凝土處于三向受壓狀態(tài)。即便是最簡(jiǎn)單的軸心受壓柱，也由于加載方式、構(gòu) 件構(gòu)造及施工工藝原因，其傳力情況也不同，大體來說傳力情況分為三類： （1） 外荷載直接施加于混混凝土，通過混凝土與鋼管之間的

9、粘結(jié)力，將縱向 壓力傳遞給 鋼管，鋼管并不直接承受縱向荷載。 （2） 外荷載通過加載板同時(shí)將縱向力傳遞到鋼管與混凝土上， 兩者同時(shí)受力。 （3） 由于施工時(shí)空鋼管已經(jīng)承受了縱向壓力，或者因?yàn)榛炷恋哪s，使得 于混凝土面低于鋼管頂面，因此都是鋼管先受縱向壓力，只有當(dāng)鋼管壓短 至與混凝土頂面相同時(shí)，混凝土才與鋼管共同分擔(dān)縱向壓力。 這三種加載情況，根據(jù)國內(nèi)外許多科研院所及許多學(xué)者的研究結(jié)果表明，它們的 極限承載力大致相當(dāng)并無明顯差別。4鋼管混凝土的特點(diǎn)鋼管混凝土除了具有一般套箍混凝土的強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、塑性好、耐疲勞、耐沖 擊等優(yōu)越的力學(xué)性能外，還具有以下一些在施工工藝方面的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)： （1）鋼管

10、本身就是側(cè)壓模板，因而澆混凝土?xí)r，可省去支模板。 （2）鋼管本身就是鋼筋，它兼有縱向鋼筋和橫向鋼筋的功能。 （3）鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段它可起勁性鋼骨架的作用。 鋼管混凝土也是在高層建筑和大跨度橋梁中應(yīng)用高強(qiáng)混凝土的一種最有效和最 經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)形式。其原因有以下幾個(gè)方面： （1）鋼管對(duì)核心混凝土的套箍作用，能有效地克服高強(qiáng)混凝土的脆性。 （2）鋼管內(nèi)無鋼筋骨架，便于澆灌高強(qiáng)混凝土，而且因有鋼管分隔，與管外樓蓋梁板結(jié)構(gòu)的普通混凝土互不干擾，無交錯(cuò)澆灌的麻煩。 （3）鋼管外面無混凝土保護(hù)層，能充分發(fā)揮高強(qiáng)混凝土的承載能力。 理論分析和工程實(shí)踐都表明，鋼管混凝土與結(jié)構(gòu)鋼相比，在保持自重楣

11、近幫承載 能力相同的條件下，可節(jié)省鋼材約 50，焊接工作量可大幅度減少；與鋼骨混 凝土柱相比，在保持構(gòu)件橫截面積相近和承載能力相同的條件下，可節(jié)省鋼材約 50，施工更為簡(jiǎn)便；與普通鋼筋混凝土柱相比，在保持鋼材用量相近和承載能 力相同的條件下， 構(gòu)件截面面積可減小約一半， 從而使建筑的有效面積得以加大， 混凝土和水泥用量以及構(gòu)件自重相應(yīng)減小約 50。5鋼管混凝土發(fā)展和研究 從 1987 年美國人 John Lally 發(fā)明在圓鋼管中填充混凝土作為房屋建筑的承重柱 （稱為 Lally 柱）算起，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在土木工程中的應(yīng)用已有百年歷史。鋼 管混凝土優(yōu)越的力學(xué)性能，到應(yīng)用的發(fā)揮。相比之下。人們?nèi)?/p>

12、愿采用操作簡(jiǎn)單、 質(zhì)檢直觀的普通鋼筋混凝土結(jié)果或工一開始就受到歐美各國土木工程界的重視， 競(jìng)相開發(fā)利用。20 世紀(jì) 20 年代前后，在美國的波士頓、紐約和芝加哥等地，曾 將其用于單層和多層建筑（最高到 6 層）的承重柱1。1930 年在法國巴黎郊區(qū) 的 Ibis 用以建造過一座 9m 跨度的上承式拱橋。 1937 年在蘇聯(lián)列寧格勒用集束的 1939 年又 小直徑鋼管混凝土作為拱柱， 建造了橫跨涅瓦河的 101m 下承式拱橋。 西伯利亞謝季河建成了 140m 跨度的上承式的鋼管混凝土鐵路拱橋，與鋼拱橋相 比，節(jié)約鋼材 53%，降低造價(jià) 20%。但其施工方法是在現(xiàn)場(chǎng)將鋼管拱架分段預(yù) 制并澆灌混凝土

13、以后，在“滿堂紅”的支架上拼裝成橋，因而鋼管混凝土在施工 安裝發(fā)面的優(yōu)越性能未得到發(fā)展。值得注意的是，在這期間，蘇聯(lián)展開了鋼管混 凝土基本力學(xué)性能的試驗(yàn)研究，Gxozdev 闡明了鋼管套箍混凝土的工作機(jī)理，并 成功地用極限平衡法推導(dǎo)出鋼管混凝土軸壓短柱極限承載能力的理論計(jì)算公式， 為實(shí)現(xiàn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 20 世紀(jì) 60 年代前后，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)在蘇聯(lián)、西歐北美和日本等工 業(yè)發(fā)達(dá)國家受到重視，開展了大量的試驗(yàn)研究工作，曾在一些廠房建筑、個(gè)別的 多層建筑和立交橋以及特種結(jié)構(gòu)工程中加以應(yīng)用。 因使鋼管混凝土的現(xiàn)場(chǎng)澆灌工 藝顯得繁瑣的問題未得到很好的解決， 而使鋼管

14、混凝土在施工性能方面的潛在優(yōu) 勢(shì)未能得廠化程度高、現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)量少、吊裝輕便、施工快速的鋼結(jié)構(gòu)。 20 世紀(jì) 80 年代后期，由于先進(jìn)的泵灌混凝土工藝的發(fā)展，解決了現(xiàn)場(chǎng)管內(nèi) 混凝土澆灌的工藝問題，加之現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土的迅速發(fā)展，需要用鋼管套箍克服 其脆性，因此在美國、日本和澳大利亞等國的若干高層建筑工程中，鋼管混凝土 結(jié)構(gòu)技術(shù)又悄然興起，傳統(tǒng)的鋼柱被鋼管高強(qiáng)混凝土柱所取代，并被認(rèn)為是高層 建筑營造技術(shù)的一次重大突破。 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)在我國開發(fā)利用已有 40 多年的歷史2,3 。1959 年 中國科學(xué)院士土木建筑研究所最先開展了鋼管混凝土基本性能的試驗(yàn)研究。 1966 年成功的將鋼管混凝土柱用于北

15、京地鐵中的北京站“和前門站站臺(tái)柱。20 世 紀(jì) 70 年代，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)又在冶金造船電力行業(yè)的單層廠房和重型 構(gòu)架中得到成功的應(yīng)用。為適應(yīng)北京地鐵建設(shè)的需要，1963 年建筑材料工業(yè)部 建筑材料科學(xué)研究院水泥制品研究室（現(xiàn)建材局蘇州混凝土水泥制品研究院）與 北京地下鐵道工程局(現(xiàn)北京市城建設(shè)計(jì)研究院)合作，對(duì)鋼管混凝土短柱的基本 靜力性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。1970 年清華大學(xué)抗震抗暴工程研究室與北京地下鐵 道工程局合作，對(duì)鋼管混凝土短柱的基本靜力性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。1980 年根據(jù)建設(shè)部科技發(fā)展計(jì)劃，中國建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所、哈爾濱建筑工和學(xué)院等單 位為建立一套能滿足設(shè)計(jì)需要的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法， 開展了較 系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。我國對(duì)現(xiàn)代鋼管炕強(qiáng)混凝土技術(shù)的研究開發(fā)給予了高度重視。 1984 年 中 國 建 筑 科 學(xué) 研 究 院 結(jié) 構(gòu) 所 與 海 軍 工 程 設(shè) 計(jì) 研 究 局 協(xié) 作 ， 開 始 了 C75C85 級(jí)鋼管高強(qiáng)混凝土基本性能的試驗(yàn)研究。最近 10 年，在國家自然科學(xué) 基金委員會(huì)和建設(shè)部、鐵道部、國家建材局等聯(lián)合資助的“七五”重點(diǎn)科技項(xiàng)目 “高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)性能、設(shè)計(jì)方法及施工工藝的研究”中和“八五”重點(diǎn)科技項(xiàng) 目“高強(qiáng)高性能混凝土材料的結(jié)構(gòu)與力學(xué)性研究”中，都有關(guān)于鋼管高強(qiáng)混凝土 的研究子項(xiàng)，先后由中國建筑科學(xué)研究院