鋼管混凝土的力學性能及工程應用

1、鋼管混凝土的力學性能及工程應用目 錄（一）概述（二）鋼管混凝土結構的特點（三）鋼管混凝土結構的優(yōu)缺點（四）工程實例中的應用（五）鋼管混凝土的脫空現(xiàn)象（六）主要存在的問題（七）結束語首先的問題是個人對鋼管混凝土的認識，只有深入地了解它，才能更好地應用它（一）概述 混凝土的抗壓強度高，抗彎能力差；而鋼材尤其是型鋼，抗彎能力強，有良好的彈塑性，但容易失穩(wěn)。 而鋼管混凝土在結構上能夠將兩者的優(yōu)點結合在一起，可使混凝土處于受壓狀態(tài)，且抗壓強度顯著提高，同時可以提高鋼管的剛度。兩者結合，從而可大大的提高承載能力。 （二）鋼管混凝土的特點承載力高、延性好，抗震性能優(yōu)越施工方便，工期短有利于鋼管的抗火和防火耐

2、腐蝕性能優(yōu)于鋼結構鋼筋混凝土結構承載能力比常規(guī)結構顯著提高，各方面的抗彎，抗剪能力強圓鋼管鋼骨砼柱示意圖鋼管混凝土核心柱示意圖（三）鋼管混凝土結構的優(yōu)缺點1.鋼管混凝土結構的優(yōu)點承載力大大提高 經(jīng)有關專家實驗和理論分析證明鋼管混凝土受壓構件強度承載力可以達到鋼管和混凝土單獨承載力之和的1720倍。具有良好的塑性和抗震性能 據(jù)有關實驗數(shù)據(jù)表明：鋼管混凝土軸向壓縮到原長的23，構件表面已摺曲，但仍有一定的承載能力?？梢娝苄灾?。在壓彎剪循環(huán)荷載作用下，水平力與位移之間的滯回曲線十分飽滿，吸能能力很好，基本無剛度退化 抗震性能大大優(yōu)越于鋼筋混凝土結構。經(jīng)濟效果顯著據(jù)有關數(shù)據(jù)表明，和鋼柱相比可節(jié)約鋼材

3、50左右，造價大幅度降低。和鋼筋砼柱相比可節(jié)約混凝土70左右，減輕自重70，節(jié)省模板100 ，而用鋼量相等或略多。這一點在已建成的諸多建筑中得到了充分證明，前蘇聯(lián)的Heerb河鐵路橋與鋼拱橋相比節(jié)約鋼材52，降低造價2o。大連造船廠船體裝配車間采用鋼管混凝柱與常規(guī)設計鋼柱相比，節(jié)省鋼材56。美國雙聯(lián)廣場大廈比通常的鋼框架結構節(jié)省鋼材50 ，總造價降低30。施工相對簡單，可大大縮短工期 美國太平洋第一中心大廈建設速度達到了每周四層，速度之快是其它結構無法相比的。該種結構形式和鋼結構相比零件少，焊縫短，可以采用構造簡單的插入式柱腳，免去了復雜的柱腳構造。和鋼筋混凝土柱相比，由于鋼管本身就是耐側壓的

4、模板，因此在澆灌混凝土時可以免去支模、拆模等工和料。鋼管還是“鋼筋”，它兼有混凝土柱中縱向受拉、受壓鋼筋和橫向箍筋之作用。從施工過程講制作鋼管遠比制作鋼筋骨架省工得多，而且便于澆灌。鋼管本身就是勁性結構構件。在施工階段可以起勁性鋼骨架的作用，節(jié)省了許多支撐構件和腳手架，簡化了施工安裝工藝。在北方嚴寒地區(qū)，還可以冬季安裝空鋼管組成的框架或構架。開春后再澆灌混凝土從而爭取了時間，加快了建設速度。在高層建筑中，與鋼筋混凝土和鋼結構相比鋼管混凝土的優(yōu)越性顯得更為突出。 鋼管混凝土柱的抗壓和抗剪承載力高 截面減小擴大了使用空間 截面減小對結構抗震有利 柱子截面減小，降低了地基基礎的造價 鋼管混凝土柱的鋼

5、管較薄，簡化了施工 鋼管混凝土柱的耐火性能好 充分發(fā)揮高強混凝土的作用2.鋼管混凝土的缺點 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雜而且構造要求繁瑣，經(jīng)濟效益不佳。從結構構件的連接構造上講，鋼管混凝土結構也有許多缺點從鋼管構件的制作、安裝要求講也具有一定難度和繁瑣性從質(zhì)量檢查和施工方法上講，這種結構構件形式也是存在弊端的（四）鋼管混凝土在工程實例中的應用下面以沈陽皇朝萬鑫大廈為例來說明鋼管混凝土在工程實例中的應用 沈陽皇朝萬鑫大廈1 工程概況沈陽皇朝萬鑫大廈

6、工程位于沈陽市青年大街和南二環(huán)路的交接處，建設用地北臨沈陽皇朝萬豪酒店，東臨青年大街，西側為南方航空公司家屬樓，南側為南二環(huán)路。該工程占地面積為10069，總建筑面積227859。地下三層，局部四層、五層，地上裙房部分八層，主樓由A座、B座、C座組成，整體建筑物呈“品”字形。其中A座是主塔樓，主體45層，結構總高180m，B座、C座屬于副塔樓，主體40層，結構總高150m。主樓由鋼管砼疊合柱和鋼筋砼核心筒構成。地下室二層地上十四層采用鋼筋混凝土鋼管疊合柱，鋼管內(nèi)混凝土強度等級為C100和C80，砼采用商品混凝土。主塔樓部分自地下二層-9.000米開始，至地上十四層56.5米標高的柱子，總長65

7、.5米，其中內(nèi)徑為D820*22為20根，副塔樓部分自地下二層-9.000米開始，至地上十三層58.5米標高的柱子，總長67.5米，其中內(nèi)徑為D667*22為32根。地下二層層高為5.1米，地下一層層高為4.2米，地上一層層高為5.7米，二層層高為5.4米，三層、四層、五層層高為4.5米，六層層高為6.0米，七層、八層層高為4.2米，C100混凝土總量為1050 m3。2 施工特點萬鑫大廈鋼管柱砼施工較普通砼有較大的施工難度，第一鋼管內(nèi)砼強度等級高，C100，第二鋼管柱內(nèi)的節(jié)點核心區(qū)鋼筋密，梁主筋均穿過柱子，樓層高，砼運輸困難。1）鋼管頂部懸空，混凝土難以輸送到位。鋼管比正常的樓層每層均高出2

8、米，澆注混凝土時澆注量少，而且混凝土強度等級高，采用泵送混凝土泵送的時間長，影響混凝土的澆注質(zhì)量，另外也會造成混凝土的浪費?？紤]到鋼管內(nèi)混凝土的澆注量少，強度等級高等特點，采用借助塔吊來吊運混凝土。合理安排施工工序，合理利用塔吊的垂直運輸率，選擇在白天采用大型料斗通過塔吊進行澆注鋼管內(nèi)混凝土。在裙房以下部分樓層的鋼管內(nèi)混凝土澆注采用48m臂長的汽車泵直接布料，相對更加方便，并減少了高強度等級混凝土的浪費。2）鋼管混凝土振搗困難鋼管混凝土澆注深度為6m，梁柱節(jié)點核心區(qū)梁筋分布較密，使用插入式振搗器振搗相當困難，無法保證振搗到位，故采用插入式振搗器加附著式振搗器相結合的振搗方式進行混凝土振搗就會達

9、到振實混凝土的目的（后經(jīng)聲測管檢測顯示混凝土澆注質(zhì)量均合格）。個別部位附著式振搗器無法到位，采用間接振搗的方法進行振搗混凝土。方法是先將預先選定的鋼筋插入鋼管內(nèi)無法振搗的部位，澆注混凝土時，把振搗器附著在鋼管柱的上口部位進行振搗鋼筋，通過振搗鋼筋而達到振搗底部混凝土的目的。3）鋼管混凝土施工的特殊性鋼管混凝土施工時必須有操作人員在鋼管柱口外側控制混凝土料斗、振搗、控制澆注面標高。考慮到整個鋼管外框筒的穩(wěn)定性以及方便后續(xù)鋼管安裝，鋼管內(nèi)的混凝土澆注面標高必須合理控制。澆注高度控制在離鋼管上口2米處，保證混凝土自重不會造成鋼管偏位。而根據(jù)鋼管安裝要求，混凝土澆注面為鋼管口以下1.5米左右，保證有足

10、夠的操作空間。因此每次澆注前，由鋼結構施工部門提供每個鋼管的澆注標高，以管口往下距離作為控制。土建部門的混凝土澆注面標高控制通過計算混凝土土方量或用強光手電筒在鋼管內(nèi)部目測得知（鋼管內(nèi)有環(huán)形勁板可作參照）。4）鋼管柱焊接連接的特殊性 由于鋼管柱的連接需要在施工現(xiàn)場進行，因此鋼管柱的焊接質(zhì)量很難控制。鋼管柱安裝時要經(jīng)過吊裝就位調(diào)整固定焊接等工藝。鋼管柱吊裝就位后要由專業(yè)測量人員對鋼管柱的平面位置、標高、垂直度等進行一一檢測，保證平面位置和垂直高度滿足設計要求及施工規(guī)范要求的前提下進行現(xiàn)場鋼管連接。鋼管柱與鋼管柱的連接采用內(nèi)襯板進行連接。內(nèi)襯板和上下鋼管柱均進行焊接。焊接時要由專人負責監(jiān)督檢查鋼管

11、柱的焊接質(zhì)量。每根鋼管柱焊接完成后均要做超聲波檢測。由專業(yè)的檢測部門對鋼管柱的焊縫進行全數(shù)檢測，檢測合格并出具有資質(zhì)的檢測報告后才可進行下道工序的施工。5）可施工時間短受施工現(xiàn)場塔吊的限制，鋼管柱吊裝工期緊，鋼管柱吊裝完畢后不能直接澆注混凝土，必須待鋼管柱焊接連接完畢，樓層處鋼筋混凝土梁及鋼管柱外側鋼筋混凝土柱的鋼筋全部安裝綁扎完畢形成整體后才能澆注。因此留給混凝土的澆注時間很短，導致混凝土施工異常緊迫?；炷翝沧⑶暗臏蕚涔ぷ髟阡摴苤跹b和鋼管柱焊接連接的同時穿插進行。只要現(xiàn)場全部的鋼管柱均做超聲波檢測合格，梁柱鋼筋和鋼管柱形成整體具備澆注條件，就立即澆注鋼管柱內(nèi)混凝土。每層基本8個小時即可澆

12、注完畢。后期，鋼管柱截面變小，樓層層高降低，鋼管柱內(nèi)混凝土量減少，便改為2層澆注一次，節(jié)省工期，方便施工。3 施工問題混凝土容易結硬 鋼管混凝土澆注期間，出現(xiàn)幾次混凝土結硬現(xiàn)象，主要原因是混凝土放置時間過長、天氣溫度過高、混凝土運輸路上堵車等因素。出現(xiàn)這種情況，混凝土做報廢處理。鋼管混凝土養(yǎng)護 鋼管內(nèi)混凝土澆注完成后，在鋼管口覆蓋一塊固定大小的模板，進行現(xiàn)場覆蓋，防止雜物等掉入鋼管內(nèi)難以清理?；炷琉B(yǎng)護時直接在鋼管內(nèi)澆注水就可以，一般是先澆注10cm的養(yǎng)護水，待第二天再進行檢查看是否需要再澆水養(yǎng)護，原則就是保證混凝土表面有1cm的水覆蓋為宜。4） 鋼管內(nèi)混凝土檢測施工之前設計單位擔心鋼管內(nèi)混凝

13、土澆注無法保證密實，采用在環(huán)形加勁板上開設直徑為2的冒漿孔，澆注混凝土時混凝土從上部澆注下去，可以保證鋼管底部空氣從此孔排出，防止死角，只要看到鋼管內(nèi)混凝土從此孔冒出就可以判斷混凝土已經(jīng)澆注密實。鋼管混凝土澆搗后的質(zhì)量采用敲擊鋼管的方法進行初步檢查，并且現(xiàn)場采用標準養(yǎng)護試塊和同條件養(yǎng)護試塊來反映實體質(zhì)量。另外在正式施工之前，在現(xiàn)場做模擬試驗證明鋼管內(nèi)混凝土內(nèi)部不但密實，而且與鋼管接觸部分表面光潔，環(huán)形加勁板下方無空隙。（五）鋼管混凝土的脫空現(xiàn)象鋼管混凝土脫空產(chǎn)生的原因： 1.在混凝土澆筑過程中產(chǎn)生脫空； 2.在混凝土凝結硬化后產(chǎn)生脫空。解決鋼管混凝土脫空的措施： 1.預防：在混凝土施工階段避免

14、發(fā)生脫空或減少，消除脫空的影響； 2.補救：在鋼管混凝土服役階段對已發(fā)生的脫空進行補救。 （六）主要存在的問題盡管鋼管混凝土發(fā)展很快,但是其設計理論, 計算方法,規(guī)范制定等方面卻比較落后,具體體現(xiàn)在以下幾個方面: 鋼管混凝土的本構關系。由于鋼管混凝土力學行為的復雜性,迄今尚未建立起比較完善的本構關系,特別是混凝土的本構關系,現(xiàn)有的本構關系雖然包括混凝土的彈性、彈塑性和屈服階段,但大都以回歸公式為主。鋼管與混凝土各自的本構關系如何選取,才能使二者的結合最優(yōu),缺乏研究。由于核心混凝土的收縮,鋼管混凝土拱肋中出現(xiàn)鋼管與混凝土不密貼的現(xiàn)象。 尤其是在拱頂。工程中常采用壓漿或微膨脹混凝土來解決混凝土的收縮。但微膨脹混凝土的效果也缺乏細致的研究。 此外,有人認為在日照下鋼管與