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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及其理論在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展。并舉出實(shí)際工程例子來闡明其在建筑中廣闊的應(yīng)用前景，同時(shí)也提出了方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)存在的問題?！娟P(guān)鍵詞】：方鋼管混凝土；承載力；穩(wěn)定性；應(yīng)用【Abstract】ItIntroducesthedefinitionandthefeaturesofsquaresteeltubeconcretestructure,anditstheoryinthedevelopmentofbothathomeandabroad.Andgivessomepracticalengineeringexamplestoclarifyitsbroadapplicationprospectsinbuilding,andhasalsoputforwardtheexistingproblemsinsquaresteeltubeconcretestructure.0引言伴隨著人類的進(jìn)步，科技的進(jìn)步。人類建筑史上出現(xiàn)了一種新型的結(jié)構(gòu)形式：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土是在勁性鋼筋混凝土及螺旋配筋混凝土基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)。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(qiáng)度等級(jí)為C50以下的素混凝土，外包普通鋼管，簡(jiǎn)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(qiáng)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(yīng)力混凝土、增強(qiáng)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(jí)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(jié)構(gòu)的特點(diǎn)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(tái)構(gòu)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(duì)內(nèi)填混凝土提供側(cè)向約束，能提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。因此兩者的組合承載力大于兩者獨(dú)立承載力之和。方鋼管混凝土具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。[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(gòu)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(gòu)件的自重相應(yīng)減小約50％。抗震性能好，方鋼管混凝土在反復(fù)荷載作用下，吸能性強(qiáng)，剛度基本不退化，延性性能好。施工方便，可以簡(jiǎn)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(jié)構(gòu)相比經(jīng)濟(jì)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(shí)間比鋼柱長(zhǎng)。動(dòng)力性能優(yōu)越，在高層建筑中，方鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有比鋼結(jié)構(gòu)優(yōu)越的動(dòng)力性能，能減輕風(fēng)致擺動(dòng)，增加居住人員的舒適感。1.3和圓形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相比節(jié)點(diǎn)形式簡(jiǎn)單，方形截面鋼管混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的交貫線在一個(gè)平面內(nèi)，節(jié)點(diǎn)形式簡(jiǎn)單便于加工，可節(jié)約人工費(fèi)用．降低工程造價(jià)。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)由于外形規(guī)則，有利于梁柱連接，克服了圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)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(guó)內(nèi)外的發(fā)展2.1方鋼管混凝土理論在國(guó)外的發(fā)展1907年美國(guó)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(jì)30年代開展了對(duì)鋼管混凝土基本力學(xué)性能的試驗(yàn)研究。A·A·Gvozdev教授深刻闡述了鋼管套箍混凝土的工作機(jī)理，采用極限平衡法推導(dǎo)了鋼管混凝土軸壓短柱極限承受能力的理論計(jì)算公式。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(guó)家受到重視，并在多層建筑立交橋和特種結(jié)構(gòu)工程中得以推廣。60年代以來，國(guó)外學(xué)者對(duì)鋼管混凝土的力學(xué)性能和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究和理論分析，取得了豐碩成果，并在實(shí)際工程中得到廣泛應(yīng)用。在對(duì)鋼管混凝土力學(xué)性能研究時(shí)，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(duì)應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系研究不多。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)混凝土澆灌工藝問題，加之現(xiàn)代高強(qiáng)混凝土迅速發(fā)展，因此被認(rèn)為是高層建筑營(yíng)造技術(shù)的一次突破。國(guó)外對(duì)于鋼管混凝土構(gòu)件承載力計(jì)算編制了多種規(guī)范，如美國(guó)的混凝土協(xié)會(huì)編制的ACI(1999年)，美國(guó)頒布的《鋼與混凝土組合柱設(shè)計(jì)規(guī)范》AIJ(1997年)[4][5]，JCI319—89，LRFD(1994年)，英國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范BS5400，歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)(ECCS)出版了《組合結(jié)構(gòu)規(guī)程及其說明》，歐洲出版的EC4(1996年)，德國(guó)指定的《橋梁標(biāo)準(zhǔn)》，日本建筑學(xué)會(huì)頒發(fā)的《型鋼混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》，還有德國(guó)的NI88009(1997年)等。2.2方鋼管混凝土理論在國(guó)內(nèi)的發(fā)展鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)在我國(guó)開發(fā)利用已有40多年歷史。我國(guó)最早開展對(duì)鋼管混凝土基本理論研究的是中國(guó)科學(xué)院哈爾濱土木建筑研究所。此后，國(guó)內(nèi)的哈爾濱建筑大學(xué)、中國(guó)科學(xué)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(duì)其應(yīng)力一應(yīng)變的設(shè)計(jì)方法、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和施工技術(shù)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(guó)科學(xué)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(yàn)研究。1970年清華大學(xué)抗震抗爆工程研究室與北京地下鐵道工程局合作，又對(duì)鋼管混凝土短柱抗壓性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究。1980年根據(jù)國(guó)家建設(shè)部科技發(fā)展計(jì)劃，中國(guó)建筑科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)所、哈爾濱建筑工程學(xué)院等單位為建立一套能滿足設(shè)計(jì)要求的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法，開展了較為系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。1986年中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)組建了鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)，并且每?jī)赡杲M織一次年會(huì)，年會(huì)學(xué)術(shù)交流活躍，研究?jī)?nèi)容深入。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但一些行業(yè)制定了相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)程，主要有以下四種：國(guó)家建材總局編制的JCJ01—89(1989年)鋼管混凝土設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[6]，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)編制的CECS28：90(1992年)鋼管混凝土設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程[8]和國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB(2001年)戰(zhàn)時(shí)軍港搶修早強(qiáng)型組合結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計(jì)規(guī)范(以下簡(jiǎn)稱《GJB》)。目前鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)已被列入國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，為進(jìn)一步在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用鋼管混凝土創(chuàng)造了條件。特別在最近10年在國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)和建設(shè)部、鐵道部、國(guó)家建材局等聯(lián)合資助的鋼管高強(qiáng)混凝土的項(xiàng)目都有很大成果。3方鋼管混凝土的應(yīng)用20世紀(jì)60～80年代鋼管混凝土開始應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑。隨著理論研究的深入、設(shè)計(jì)規(guī)程的頒布和其自身具有的優(yōu)點(diǎn)，鋼管混凝土被越來越廣泛地應(yīng)用于單層和多層工業(yè)廠房的研究。(3)鋼結(jié)構(gòu)住宅的關(guān)鍵在于外墻板的價(jià)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(gè)方面性能比較好，但價(jià)格較高，開發(fā)商和住戶無法接受，所以暫時(shí)還無法大力推廣。因此，我們應(yīng)該大力開發(fā)價(jià)廉物美、輕質(zhì)高強(qiáng)且具有耐久性的外墻板與相應(yīng)的配套構(gòu)件。(4)結(jié)合實(shí)際工程，進(jìn)一步完善鋼結(jié)構(gòu)(鋼管混凝土)住宅建筑的設(shè)計(jì)理論、不同類型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)程，盡快編制各類構(gòu)件的配套圖集。此外，鋼結(jié)構(gòu)住宅對(duì)施工隊(duì)伍的施工技術(shù)要求比較高，而國(guó)內(nèi)大部地區(qū)主要進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的施工建設(shè)，因此應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)施工隊(duì)伍的培訓(xùn)，進(jìn)一步促進(jìn)鋼管混凝土在住宅中的發(fā)展與應(yīng)用。[參考文獻(xiàn)][1]鐘善桐，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)【M】。哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1994。[2]韓林海，樣有?！，F(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)。北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004。[3]初文容，王汝恒，郭文。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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