鋼管混凝土的優(yōu)缺點

1、鋼管混凝土學(xué)習(xí)研究報告土木建筑工程學(xué)院土木1108班王 乾 11231222黃正源 09231228王 曾 11231225林宇恒 11231217目錄任務(wù)分工3鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)性質(zhì)3一、鋼管混凝土的基本原理：3二、鋼管混凝土的截面形式：3三、根據(jù)鋼管作用的差異，鋼管混凝土柱又可分為兩種形式：4四、常用的拱橋截面形式：4相對于鋼筋混凝土鋼管混凝土的優(yōu)缺點5優(yōu)點：5缺點：6國外鋼管混凝土的一些研究7一、鋼管混凝土的耐火性能的研究7二、鋼管混凝土火災(zāi)后剩余承載力的研究7三、實心鋼管與空心鋼管混凝土耐火性研究8國內(nèi)鋼管混凝土的新技術(shù)8薄壁鋼管混凝土核心樁8鋼管混凝土在工程中的應(yīng)用10鋼管內(nèi)流態(tài)混凝土

2、受力機理10主拱鋼管灌注混凝土順序?qū)Y(jié)構(gòu)受力的影響11鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)性質(zhì)3一、鋼管混凝土的基本原理：3二、鋼管混凝土的截面形式：3三、根據(jù)鋼管作用的差異，鋼管混凝土柱又可分為兩種形式：4四、常用的拱橋截面形式：4相對于鋼筋混凝土鋼管混凝土的優(yōu)缺點4優(yōu)點：4缺點：5國外鋼管混凝土的一些研究6一、鋼管混凝土的耐火性能的研究6二、鋼管混凝土火災(zāi)后剩余承載力的研究7三、實心鋼管與空心鋼管混凝土耐火性研究7國內(nèi)鋼管混凝土的新技術(shù)7薄壁鋼管混凝土核心樁7鋼管混凝土在工程中的應(yīng)用9鋼管內(nèi)流態(tài)混凝土受力機理9主拱鋼管灌注混凝土順序?qū)Y(jié)構(gòu)受力的影響10任務(wù)分工鋼筋混凝土國內(nèi)新技術(shù)的查詢：王乾鋼筋混凝土國外新技

3、術(shù)的查詢：王曾新技術(shù)應(yīng)用具體實例的查詢：林宇恒鋼管混凝土結(jié)構(gòu)性質(zhì)以及鋼管混凝土與鋼筋混凝土優(yōu)缺點的對比：黃正源 鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)性質(zhì)一、鋼管混凝土的基本原理：1、利用橫向鋼管，對受壓混凝土施加側(cè)向約束，使管內(nèi)混凝土處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，延緩其縱向微裂縫的發(fā)生和發(fā)展，從而提高其抗壓強度和壓縮變形能力。2.借助內(nèi)填混凝土的支撐作用，增強鋼管壁的幾何穩(wěn)定性，改變窯鋼管的失穩(wěn)模態(tài)，從而提高其承載能力。鋼管混凝士利用鋼管和混凝土中材料在受力過程中的相互作用即鋼管對混凝土的約束作用使混凝土處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)之下，從而使混凝土的強度得以提高，塑性和韌性性能大為改善。同時，由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發(fā)

4、生局部屈曲?？梢员ＷC其材料性能的充分發(fā)揮；另外，在鋼管混凝土的施工過程中，鋼管還可以作為澆筑其核心混凝土的模板?？傊ㄟ^鋼管和混凝土組合而成為鋼管混凝±，不僅可以彌補兩種材料各自材料的缺點，而且能夠充分發(fā)揮二者的優(yōu)點，這也正是鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢所在。二、鋼管混凝土的截面形式：主要有圓形，正方形和矩形三、根據(jù)鋼管作用的差異，鋼管混凝土柱又可分為兩種形式：1、是組成鋼管混凝土的鋼管和混凝土在受荷初期即共同受力，如圓形截面2、是外加荷載作用在核心混凝土上，鋼管只起對其核心混凝土的約束作用，即所謂的鋼管約束混凝土柱，如方形截面。四、常用的拱橋截面形式：相對于鋼筋混凝土鋼管混凝土的優(yōu)缺點

5、優(yōu)點：1、 承載能力大為提高，特別是在高層建筑中，鋼管混凝土柱抗壓和抗剪承載能力相對普通鋼筋混凝土優(yōu)勢較為明顯和鋼柱相比,抗壓承載力雖略低, 但卻無局部失穩(wěn)問題。而且鋼管混凝土的塑性性能好, 防止了管內(nèi)砼的脆性破壞。在高層建筑中可以做到不限制軸壓比。這是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)無法做到的。2、塑性和韌性好，所以抗震性比鋼筋混凝土更好?；炷链嘈暂^大，對于高強度混凝土更是如此，其工作的可靠性因此大為降低。如果將混凝土灌入鋼管中形成鋼管混凝土，核心混凝土在鋼管的約束下，不但在使用階段改善了它的彈性性質(zhì)，而且在破壞時具有很大的塑性變形。同時柱子截面大幅減小，相應(yīng)的自重大幅減小，地震引起的地震反應(yīng)也相應(yīng)減少。2

6、、 擴(kuò)大了使用空間。由于鋼管混凝土柱的承載力高，不但柱子截面減小，而且可以大柱網(wǎng)、大空間的框架結(jié)構(gòu)體系。3、 具有良好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)a. 相對鋼筋混凝土，鋼管混凝土可以大量節(jié)約混凝土，減少自重，而用鋼量卻幾乎相當(dāng)或者略多，同時還能減少模板b. 施工簡單，可以大大縮短工期c. 柱子截面減小，降低了地基基礎(chǔ)的造價。采用鋼筋混凝土的高層建筑, 其自重一般為15t/ m2 2t/ m2( 不包括基礎(chǔ)) 而采用鋼管混凝土柱鋼梁結(jié)構(gòu)時, 一般自重都小于1t/ m, 在國外, 有低達(dá)05t/ m2 0.6t/ m2 的例子。顯然, 和采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比, 采用鋼管混凝土柱可以減小地基上單位面積荷載25% 以

7、上, 自然, 基礎(chǔ)尺寸也相應(yīng)減少,降低了基礎(chǔ)工程造價。d. 采用高強度混凝土?xí)r，可有效防止混凝土的脆性破壞，充分發(fā)揮高強度混凝土的承載力缺點：1、 使用范圍有限從現(xiàn)已建成的眾多建筑來看, 鋼管混凝土的使用范圍還僅限于柱、橋墩、拱架等。目前還很少有使用鋼管混凝土梁的先例。這是因為梁一般都做成矩形, 而矩形的鋼管混凝土受力比較復(fù)雜而且構(gòu)造要求繁瑣, 經(jīng)濟(jì)效益不佳。2、 從鋼管構(gòu)件的制作、安裝要求講也是具有一定難度和繁鎖性a.鋼管混凝土柱用的鋼管, 焊接、制作要求較高b.在構(gòu)件制作過程中, 鋼管的對接是一個難點。結(jié)構(gòu)要求焊后的管肢要平直, 這就需要在焊接時采取相應(yīng)的措施和特別注意焊接的順序以及考慮到

8、焊接變形的影響3. 從質(zhì)量檢查及施工方法上講, 這種結(jié)構(gòu)構(gòu)件形式也是存在弊端的a. 鋼管混凝土柱管內(nèi)混凝土的澆注屬于隱蔽工程, 混凝土的澆灌質(zhì)量是無法直觀檢查的。當(dāng)采用人工澆灌并振搗時, 只能依靠操作人員的責(zé)任心和嚴(yán)密的施工組織管理來保證施工質(zhì)量。如果超聲脈沖檢測發(fā)現(xiàn)有不密實部位, 就得將鋼管鉆孔壓漿補強, 然后再將鉆孔補焊封固。所以無論從質(zhì)量檢測還是完善施工質(zhì)量都是較為費工的。b. 從混凝土澆灌方面講。如果采用泵送頂升法, 施工就必須有與之配套的泵及輸送設(shè)備, 而且對粗骨料的粒徑、水灰比、坍落度要求比較嚴(yán)格。采用高位拋法施工, 混凝土的配合比要求亦很嚴(yán)格。必須先進(jìn)行配合比實驗來確定水灰比,

9、然后才可以正式澆注。因此, 無論采用哪種方式施工, 都必須有嚴(yán)密的施工組織管理。這或許會比普通鋼筋砼結(jié)構(gòu)施工更需要管理。3、相對于鋼筋混凝土，鋼館混凝土的耐火性稍差。國外鋼管混凝土的一些研究一、鋼管混凝土的耐火性能的研究 國外學(xué)者主要研究了鋼管配筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐火極限且柱結(jié)構(gòu)不采取防火保護(hù)措施的情況，研究者對圓形和方形截面的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在火災(zāi)下的力學(xué)性能進(jìn)行了大量的理論分,析和試驗研究，并制定了各自的設(shè)計規(guī)程，由于鋼管混凝土是一種新型結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)尚未制定該類結(jié)構(gòu)防火方面的規(guī)定，不但制約了該結(jié)構(gòu)的推廣，而且對于已建成結(jié)構(gòu)的耐火極限也缺乏必要的科學(xué)依據(jù)。有的按照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的要求外

10、包以混凝土，有的則按鋼結(jié)構(gòu)的要求涂以防火涂料。這樣做雖然可能保證防火要求和結(jié)構(gòu)的安全性，但大都偏于保守而造成浪費。近年來，國內(nèi)學(xué)者進(jìn)行了圓形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)耐火性能的研究工作，已取得可喜的成果，在方形截面和矩形截面鋼管混凝土柱及鋼管高強混凝土柱耐火性能的研究方面也有了不少成果，結(jié)果表明，鋼管混凝土具有比鋼結(jié)構(gòu)更好的耐火性能，并形成了一套實用的抗火設(shè)計方法，成功地應(yīng)用在國內(nèi)鋼管混凝土超高層建筑中規(guī)模最大的深圳賽格廣場中，節(jié)省了大量投資。二、鋼管混凝土火災(zāi)后剩余承載力的研究由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的耐火性能，通過采取合理的計算方法和防火構(gòu)造可以滿足結(jié)構(gòu)所需要的耐火極限。國內(nèi)外學(xué)者對在高溫、恒高

11、溫、標(biāo)準(zhǔn)升溫曲線等不同情況下鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性能和耐火極限做了大量的研究，我國的相關(guān)抗火設(shè)計規(guī)程也在編制之中。由于鋼管混凝土耐火性能好，建筑物在遭受火災(zāi)后往往還具有一定的承載能力，如何評估和維修加固火災(zāi)后的結(jié)構(gòu)是工程中面臨的新問題，因此很有必要研究火災(zāi)后鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的承載力，建立其剩余承載力的計算理論和方法，為合理制定火災(zāi)后該類結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固提供決策的依據(jù)。以往國內(nèi)外尚缺乏這方面的資料，福州大學(xué)進(jìn)行了一系列火災(zāi)后鋼管混凝土柱的剩余承載力的試驗研究，包括圓形截面、方形截面和矩形截面，并取得了相關(guān)成果 三、實心鋼管與空心鋼管混凝土耐火性研究關(guān)于實心鋼管混凝土的耐火性能已有大量的實驗研究,而空

12、心鋼管混凝土的耐火實驗?zāi)壳斑€非常少見.針對這一不足,對空心鋼管混凝土進(jìn)行了耐火實驗研究,其中考慮了不同的空心率,并對中空注水對構(gòu)件耐火性能的影響也進(jìn)行了實驗研究.實驗結(jié)果表明:在相同的荷載比下,構(gòu)件的耐火時間隨空心率先增大后減小.當(dāng)空心率較小時,中空注水對構(gòu)件耐火時間的提高作用不明顯；當(dāng)空心率較大時,注水對耐火時間的提高才體現(xiàn)出來. 國內(nèi)鋼管混凝土的新技術(shù)薄壁鋼管混凝土核心樁 鋼管混凝土在工程中的應(yīng)用深圳彩虹(北站)太橋位于廣東省深圳市區(qū)，是連接八卦二路與田貝四路的一座城市跨線橋。該跨橋線橋全長1.2km，跨越深圳火車北站29條股道，是目前世界上跨越鐵路股道最多的橋梁之一。主橋采用門構(gòu)式(下承

13、)鋼管混凝土柔性系桿拱，拱腳無推力，橋面寬23.8m，拱腳處橋面寬28m。設(shè)計荷載：汽超20，掛120，人群荷載：4.5kNm2，橋下按電氣化列車運營要求預(yù)留凈空，不小于7.2m。橋面縱坡2.5，橫坡為雙向1.5，地震按7度設(shè)防。主橋計算跨徑150m，矢跨比14.5，拱軸為懸鏈線，拱軸系數(shù)1.167，采用雙拱肋，每片拱肋由4-750×12mm鋼管混凝上組成桁式斷面，桁高3.0m，桁寬2.0m，鋼管內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。兩片拱肋之間采用6道風(fēng)撐連接，拱頂沒2片K撐，拱腳側(cè)各設(shè)2片一字形風(fēng)撐。橋面采用預(yù)應(yīng)力鋼高托座混凝土空心板疊合梁，設(shè)汁成縱向漂浮體系。下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)為獨柱獨樁式，橋墩

14、采用2.8m3.4m變截面鋼管混凝土組合柱，主拱與橋墩采用拱墩固結(jié)形式，采用縱向系桿平衡主拱的水平推力。鋼管內(nèi)流態(tài)混凝土受力機理鋼管內(nèi)的混凝土，在灌注過程中處于流態(tài)，類似于液體，一般在設(shè)計時僅將其作為荷載；由于液態(tài)混凝土向拱腳鋼墊板傳遞液壓力，從而減輕鋼拱肋負(fù)荷，改變結(jié)構(gòu)受力狀況；因此，本橋設(shè)計時不僅將其作為荷載；同時考慮液態(tài)混凝土向拱腳鋼墊板傳遞液壓力的減載作用。鋼管內(nèi)的流態(tài)混凝土承受一部分內(nèi)力。因此鋼管內(nèi)的混凝土凝固時有初應(yīng)力。流態(tài)混凝土不能傳遞剪力、彎矩，也不能傳遞集中力產(chǎn)生的點壓力，但它能傳遞液壓力，其大小為P=×h。在拱頂處h=0，但在拱腳處h就等于矢高f。拱腳截面承受著整個主拱及橋面的全部荷載，從而控制設(shè)計。因此。研究流態(tài)混凝土對拱腳的受力影響有意義。本橋考慮流態(tài)混凝土受力機理后鋼管承受混凝土重量引起的拱腳應(yīng)力由46.52MPa減小到33.28MPa，降低37.1。同時，設(shè)計中在拱腳采用了實腹段。先澆實腹段混凝土，再灌鋼管內(nèi)的混凝土，對于改善拱腳的受力有利，對設(shè)計夫跨度的鋼管混凝土拱橋更具指導(dǎo)意義。先安裝的構(gòu)件將參與后期受力。鋼管參加各階段受力，而鋼管內(nèi)混凝土僅參與除鋼管與管內(nèi)混凝土重量以外的后期受力。顯然，在