钢管混凝土结构特点优势与发展应用查抄袭率

摘要：钢管混凝土结构作为一种新型组合结构，由于其能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料的优点，且施工方便，降低工程造价，近年越来越广泛地应用于工程实践中。本文概括了钢管混凝土结构的特点及优势，并对其发展应用进行了分析。
关键词：钢管混凝土；组合结构；承载力

0.引言
钢管混凝土（concrete filled steel tubular structure）是指在薄壁钢管内填充普通混凝土，将两种不同性质材料组合而形成的复合结构，根据截面形式的不同分为圆钢管混凝土、方钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。钢管混凝土结构是混凝土与钢材的最佳组合方式，两种材料取长补短，充分发挥了混凝土抗压性能和钢材的抗拉性能，达到优化组合的作用效果。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主。目前在国内高层、超高层建筑中，大部分的柱都采用了钢管混凝土结构，因为钢管混凝土柱在同等荷载作用下截面积小，同时具有较好的延性、施工工期短、施工方便的优点，具有良好的经济效益和建筑效益。

1.钢管混凝土结构的特点及优势

1.1 承载力高、延性好，抗震性能优越

同样截面的钢管混凝土柱比钢筋混凝土柱承载力约高50%，强度明显提高。最根本的原因是钢管和混凝土的泊桑系数不同。在普通钢管混凝土柱中，其中混凝土是处于轴心受压状态的[3]，而钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；同时钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。两者共同作用，大大地提高了承载能力[4]。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和[5]。钢管和混凝土都处于三向应力状态，钢管和混凝土之间的相互作用使其物理性质发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。
塑性是指在静载作用下的塑性变形能力。钢管混凝土短柱轴心受压试脸表明，试件压缩到原长的2/3,纵向应变达30%以上时，试件仍有承载力；试件压缩到原长的3/4,纵向应变达20%以上时，试件仍有承载力。剥去钢管后，内部混凝土虽已有很大的鼓凸褶皱，但仍保持完整，并未松散，且仍有约5%的承载力，用锤敲击后才粉碎脱落。
抗震性能是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在这方面，钢管混凝土构件要比钢筋混凝土构件强得多。在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明，结构的吸能性能特别好，无刚度退化，且无下降段，和不丧失局部稳定性的钢柱相同，但在一些建筑中，钢柱常常要采用很厚的钢板以确保局部稳定性。但还常发生塑性弯曲后丧失局部稳定。因此，钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱。

1.2 施工方便，缩短工期

钢管混凝土结构施工时，钢管可以做为劲性骨架来承担工程施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响；同时钢管混凝土内部由于没有钢筋，有利于混凝土的浇注和捣实；钢管混凝土结构施工时，不需要模板，节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。钢管的制作及现场对接都较方便，且自重小，运输吊装容易。美国双联广场大厦58层，全部柱子采用钢管混凝土结构，建造速度每三天半建两层，比通常的钢框架结构省钢一半，总造价降低30%[6]。

1.3 有利于钢管的抗火和防火

钢管混凝土结构的耐火性能不如普通钢筋混凝土结构，但是比钢结构要好。由于钢管内填有混凝土，能吸收大量的热能，因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，增加了柱子的耐火时间，减慢钢柱的升温速度，并且一旦钢柱屈服，混凝土可以承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌。组合梁的耐火能力也会提高，因为钢梁的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低[4]。

1.4 耐腐蚀性能优于钢结构

钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少，受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多，抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省。

1.5 经济效果显著

工程实践表明,钢管混凝土与钢结构相比,在保持自重相近和承载力相同的条件下,可节省钢材50 % ,并节省大量的焊接工作;与普通钢筋混凝土相比,在保持钢材用量相近和承载力相同的条件下,构件的横截面积可减少一半,从而使建筑空间得到加大,混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少50 %。另外,钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化的要求,可大量节约人工费用,降低工程造价。

2.钢筋混凝土结构的发展应用

随着理论研究的深入，钢管混凝土被越来越广泛的应用于单层和多层工业厂房柱、各种构架、栈桥柱、桁架压杆、空间结构等，近10年又被应用于桥梁结构、高层和超高层建筑中，取得了良好的经济效益和建筑效果[7]。

2.1 钢管混凝土在高层建筑中的应用

过去，我国高层建筑一般都采用钢筋混凝土结构，发展到超高层时，出现构件截面太大，结构自重也太大，同时施工周期也太长。在高层建筑结构中，钢管混凝土柱具有很强的相容性，它既可在混凝土体系中取代部分钢筋混凝土柱，也可在钢结构体系中取代钢柱。实践表明，在高层建筑中，采用钢管混凝土柱，除梁柱节点构造变动较大外，在施工程序上与原结构体系几乎无什么差异。

2.2 钢管混凝土在大跨度桥梁工程中的应用

为改善城市交通及加强与周围地区联系，人们日益要求建造能够跨越江河山谷的大跨桥梁。钢管混凝土具有高强轻质及便于施工的特点，它的特点较全面的解决了桥梁结构所要求的用料省、施

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工简便、承载力大等矛盾。目前，钢管混凝土已被公认为建造大跨度拱桥的一种比较理想的结构材料。

2.3 钢管混凝土在住宅中的应用

我国人口众多，土地资源有限，所以在大城市，住宅多以高层为主的。住宅钢结构具有柱子用量少，室内使用空间大，空间布置灵活等优点，钢结构住宅采用的框架柱有H型钢柱、钢管混凝土柱和钢骨混凝土柱，后两者为组合柱。组合柱比H型钢柱省钢，且钢管混凝土柱比钢骨混凝土柱施工简单，所以，在住宅中钢管混凝土的推广有很大的优势。

3.结束语

随着我国高层和超高层建筑的迅速发展，钢管混凝土结构的应用将越来广泛，本文概括了钢管混凝土结构的特点及优势，并分析了其发展应用。钢管混凝土结构作为一种相对新的结构形式，能够适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展的需要,符合现代施工技术的工业化要求,因而正被越来越广泛地应用于各种结构工程中,并已取得良好的经济效益和建筑效果。随着理论研究的深入和完善,新型施工工艺的产生和高性能材料的应用,其应用范围将不断扩大,钢管混凝土结构将是结构工程科学的一个重要发展方向。
参考文献
陈卓，段小雨.钢管混凝土结构的发展及特点. 重庆建筑.2005.1.
赵海凤，陈尚建.钢管混凝土结构的研究及发展应用. 建筑技术开发.2004.7.
[3] 冯子江.关于钢管混凝土的探讨. 华北水利水电学院学报.2006.8.
[4]韩林海,陶忠. 钢管混凝土研究与应用中的若干关键问题[J ]。福建建筑,2001(增刊) .
[5]王文达,朱彦鹏. 钢管混凝土结构研究及应用的关键技术
[6] 周俐俐，张志强.钢管混凝土结构的现存问题和应用前景. 西南工学院学院学报.2002.6.
[7] 张巨虹.钢管混凝土在建筑结构中的应用. 西部探矿工程.2006增刊.
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