钢管混凝土徐变研究发展概述

收稿日期:2004-06-14

作者简介:曾　彦(1978-),女,湖南省邵东人,工学硕士1

钢管混凝土徐变研究发展概述

曾　彦

(武汉理工大学交通学院,湖北　武汉　430070)

摘　要:针对钢管混凝土构件徐变研究现状,结合不同实验图表及数据,分析了钢管混凝土徐变理论、影响因素及其与普通混凝土的差异,为该课题进一步的研究提供了参考。关键词:钢管混凝土;普通混凝土;继效流动理论;徐变

文章编号:1009-6477(2005)02-0073-04 中图分类号:U448.38 文献标识码:A

Summarization of Re search on Creep of Concrete -filled Steel Tube

ZENG Yan

Abstract :Aiming at the current research on creep of concrete -filled steel tube members and combining the varied experimental charts and data ,this paper analyzes the creep theory and influencing factors of concrete -filled steel tube as well as the difference between the concrete -filled steel tube and the traditional concrete.We hope that this w ould be helpful for the further study of creep of concrete -filled steel tube.

K ey w ords :concrete -filled steel tube ;traditional concrete ;elastic continuation and plastic flow theory ;creep

1　钢管混凝土应用简述

钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土而

形成的组合结构材料。从力学性能上看,高强混凝土与钢管一起承压可以说是最完美的结合。钢管混凝土作为一种结构形式最早在19世纪80年代被设计用于桥墩,随着科学技术水平的提高及工程界认识的不断加深,它的应用范围也逐步扩大。从20世纪80年代末开始,钢管混凝土在我国的土建工程中蓬勃发展。迄今为止,许多厂房、高层建筑、送变电塔、地下铁道及桥梁等的设计都采用了钢管混凝土结构形式,其中又以将其应用于拱桥建设中为典范。以钢管混凝土劲性骨架为支架,分层、分段包裹混凝土,最后形成劲性骨架与混凝土的复合桥型,就充分利用了钢管混凝土良好的受力性能。它具有造价低、抗腐蚀性强、跨径大、振动小和养护费用低等优点,与斜拉桥相比,可节约投资1Π3～1Π2。近年来在桥梁建设领域中,该结构形式在国内外发展较快,日本的宇佐川桥、我国的宜宾金沙江大桥、广西邕宁邕江大桥(312m 中承式)、云南化皮冲大桥等均采用此SRC 结构形式。以钢管混凝土作为劲性骨架、跨径420m 的万县长江大桥,位居世界同类桥型净跨之首。虽然钢管混凝土构件的应用已有一定

的工程实践基础,但也像普通混凝土构件一样,对其

有着重要影响的徐变问题研究却相对滞后。2　钢管混凝土基本原理

钢管混凝土的基本原理有二:(1)与套箍混凝

土相同,借助圆形钢管对核心混凝土的套箍约束作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力;(2)借助内填混凝土的支撑作用,增强钢管壁的几何稳定性,改变空钢管的失稳模态,从而提高其承载能力。

容易知道,随着时间的推移,核心混凝土会发生徐变,导致混凝土变形增大,使得载荷及应力在钢管和混凝土之间重新分配。结果是钢管受荷增大,钢管混凝土总变形也在增大,但因为2种材料泊松比不一致,从而其徐变变形又导致了紧箍应力的增加。而钢管混凝土正是利用钢管和混凝土之间的紧箍力来提高核心混凝土的轴向承载力、抗压强度、抗变形能力并增加薄壁钢管的稳定性。充分利用混凝土在三向应力下的变形特性,获得比钢管和混凝土单独作用之和更高的承载力,提高大载荷和动力载荷下的安全性,也更好地发挥混凝土承压及钢管受拉的优势。一般说来,钢管壁和混凝土以各自刚度共同承受外载荷。在应力较小的情况下,混凝土特

公路交通技术　2005年4月　第2期 T echnology of Highway and T ransport Apr.2005　N o.2

性可近似为弹性,普通钢管混凝土的管壁和混凝土之间一般无作用力。当逐渐施加轴向外载荷后,由于钢管和混凝土材料本身的差异,钢管壁和核心混凝土之间的间隙将增大,从而截面应力发生重分布。由于徐变导致核心混凝土受荷减小,因此后期的徐变会减小,较普通钢筋混凝土而言,钢管混凝土的总体徐变效应不是很突出。

3　钢管混凝土徐变基本理论

钢管混凝土的徐变特性是由混凝土的徐变特性与核心混凝土和钢管之间的应力重分布两者相互作用的结果。由于混凝土的徐变机理非常复杂,影响因素众多且程度各异,不少学者就此提出过的粘弹性理论,渗出理论以及粘性流动理论等各种理论及假设还没有哪一种被普遍接受。也因为混凝土徐变过程的复杂性和不定性,以及引起的材料的非线性特性,使得所有关于混凝土徐变分析理论都不是既简单又精确的,而其相应的数学模型也存在着一定的分歧和不确定性。应用于普通混凝土徐变研究的理论如:老化理论、先天理论、继效流动理论、弹性老化理论、按龄期调整的有效模量法等。对常用的钢管混凝土构件,在弹性工作阶段的最大载荷约为极限荷载的70%～80%左右,对大多数实际工程来说,使用荷载一般为极限荷载的50%～60%[5]。从而一般的都只对弹性工作范围内的钢管混凝土徐变特性进行分析。在外荷载作用下,钢管和混凝土都处于多轴应力状态,自然需要采用多轴应力状态下的混凝土徐变理论来描述钢管混凝土构件中核心混凝土的徐变。而继效流动理论由于能够较为全面地描述混凝土的构成,机理及混凝土在多轴应力状态下徐变的特点,能够细致分析混凝土徐变的组成因素,非常适合于计算像钢管混凝土构件中的核心混凝土这样处于卸载状态的混凝土的徐变,从而较多地被用于钢管混凝土相应徐变问题的计算,如文献[1][3][4][6]。值得一提的是,叠加原理是继效流动理论的基础,那么该理论自然只适用于弹性工作阶段范围,以保证求解的精确可靠。现有的关于钢管混凝土徐变的计算都大多是基于2种材料粘接良好满足变形协调条件及平截面假定的基础上,进行公式推导并编程迭代计算,如文献[1][5][6]等。事实上这样一系列工作很繁琐,但相比而言在精度上就有一定的保证。一般说来,低应力时钢管混凝土的徐变与素混凝土的徐变呈线性关系,高应力时呈非线性关系。随着应力增大,由弹性向塑性阶段过渡,变形不断增加,钢管内的附加应力逐渐减小,但不管是在低应力还是高应力状态下,徐变对钢管混凝土的强度承载力均无影响。

4　不同受力情况下钢管混凝土徐变研究状况徐变特性是结构设计与施工控制中需要慎重考虑的问题,而混凝土徐变特性所产生的结构内力的变化亦是多年来大家讨论较多的问题。而有关混凝土在单轴应力状态、多轴应力状态下的徐变问题,国内外已有很多学者进行过较为深入的研究,并建立了有效模量法、徐变率法、按龄期调整有效模量法、继效流动理论等多种计算理论和方法。随着应用的进一步扩大,钢管混凝土构件的徐变问题的研究也提上了日程。

钢管混凝土在实际结构中主要用于受压结构。针对混凝土受力特点,一般地对计算模型进行了简化,以继效流动理论为基础,并提出了轴心受压短柱钢管混凝土的徐变计算公式[1][4]。而事实上,由于制造偏差、轴心线的偏离等可能原因,理想的轴心受压状态几乎是不存在的。应用继效流动理论及多轴应力状态下混凝土的徐变理论,对偏心受压构件[8]的力学特性和核心混凝土徐变进行了包括徐变模型、计算构件徐变的方法及徐变影响因素等做了一系列的研究工作。钢管混凝土小偏心受压构件的徐变在1年左右几乎停止,而且其徐变稳定阶段到达的时间比普通混凝土构件徐变要早得多,徐变量值也比普通混凝土要小得多。从图4“偏心率对徐变影响曲线”[8]可以看出,对小偏心受压构件来说,偏心率由0.2增加到0.4,构件的徐变量增加60%左右。应该说,工程实践中这是一个不可忽视的数目。针对钢管混凝土大偏心受压情况[9]做过一些探讨,得到了与实验数据良好吻合的徐变计算公式。应该说,偏心率是确定偏心受压构件工作性能的重要指标,构件截面的应力分布也与偏心率有着直接关系。对大偏心受压构件来说,偏心率越大,构件的徐变也就越大。从图5“偏心率对徐变的影响曲线”[9]可以看出,在其它条件不变仅偏心率由0.6增加到0.8时,构件的徐变量将增加30%左右。对比大小偏心引起的徐变量值的多少可知,偏心率值对小偏心构件的影响更显著。根据钢管混凝土受弯构件[3]的受力特点,在继效流动理论的基础上,对钢管混凝土受弯构件的徐变进行分析,已有了受弯构件的徐变计

47 公　路　交　通　技　术 2005年

算公式。

在对不同受力状态下构件徐变特性分析的基础上,目前对于承压状态下徐变对构件紧箍应力的影响及徐变引起构件截面应力重分布的问题也有了相关的研究,并且发现,在承受偏心受压荷载的钢管混凝土构件中,其紧箍力与轴心受压构件的紧箍力是不同的。在偏心受压构件中,由于截面上的应力分布不均匀,紧箍力的分布也是不均匀的。而通过对考虑和不考虑钢管对核心混凝土的紧箍作用2种情况的对比,认为当核心混凝土上紧箍应力小于轴向应力的5%时

[8]

,可以忽略紧箍力的作用。

5　影响钢管混凝土徐变的因素

徐变是混凝土在长期荷载作用下的固有特性。

FUR LONG 通过试验研究发现徐变对圆钢管混凝土柱的力学性能有较大影响[7]

,这是较早的有关钢管混凝土构件徐变特性研究方面的报道。随后虽然国内外研究者进行了一系列相关的试验研究工作,但至今现行的各国规范、规程等对此问题的处理还是存在着较大的差异甚至未有涉及。

对于普通混凝土而言,影响徐变的内外部因素很多,如:水泥品种、细度;各种附加剂;集料品种、用量以及配合比;混凝土强度、持续应力的大小;水灰比;混凝土加载龄期及结构尺寸;环境温度、湿度及养护条件等,这些在以往的研究工作中都有不同的侧重。就像上面所提到的,由于钢管混凝土是一种组合结构,其受力性能、结构强度以及稳定性等都与普通混凝土不同。因为结构的差异、养护条件的不同,钢管混凝土中核心混凝土与普通混凝土所处的环境不一样,影响因素及其影响的程度自然不同。一般说来,考虑钢管混凝土徐变影响的因素主要有以下几个:含钢率、应力级别、载荷、核心混凝土标号等。具体结论如下:

(1)当含钢率相同时,徐变应变随着作用应力级别的增加而增加。

(2)相同应力级别时,含钢率的大小对徐变的影响不可一概而论。虽然含钢率的增大会限制钢管混凝土徐变的发展,但相同的应力级别使含钢率较大的构件作用应力值要大,其结果将使混凝土的徐变增加,最终应该根据两者相互作用综合结果判断徐变的增大还是减小。

(3)相同荷载下,含钢率越大,构件的徐变值越小。

(4)钢管混凝土中,随核心混凝土标号的提高

徐变有所增大,而标号越高,徐变增长幅度反趋缓慢。

值得注意的是,钢管混凝土随标号提高徐变增大的特性正好与普通混凝土构件随着混凝土标号的提高而减小相反。可以理解,混凝土标号越高,使得混凝土上分担的应力也相应地提高,虽然混凝土的弹性模量也增大,但后者影响相对要小,从而使得标号提高,徐变增大。一般说来,核心混凝土构件徐变随标号提高而增大的量值是很小的,实践工程中可以酌情不予考虑。由此,在研究钢管混凝土徐变问题时,影响混凝土标号的一系列内部因素也可以忽略。6　结论

钢管混凝土因为其合理的结构形式,更能适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展,这是结构工程科学的一个重要发展方向。进一步了解徐变对该结构的影响及变化规律,具有理论和实践的必要性。笔者以为,就钢管混凝土徐变情况研究而言,可以从下面几个方面加以努力。

(1)不同文献从继效流动理论出发,经过变换得出不同的计算公式,对同一实验数据进行处理所得的结论不尽相同。我们在考虑由于推导过程一系列的假定及计算误差外,还应顾及到继效流动理论本身是否能很好地适用于钢管混凝土。

(2)现有研究大都只对弹性工作范围内的钢管混凝土的线性徐变特性进行分析,而在弹性工作范围内又不考虑钢管与混凝土之间的紧箍力作用。事实上,该结构特殊之处正在于钢管和混凝土之间的套箍作用大大改善了其工作性能,且已有极少数实验数据反映徐变引起的紧箍应力不容忽视。应该说,考虑混凝土的弹性后效及钢管混凝土结构组合材料约束的徐变特性,能更好地反映工程实际情况。

(3)大量文献表明,钢管混凝土徐变在1年左

右几乎停止,但通过ε-1gt 曲线[15][16]

从长时间(几十年)看,变形不会趋于水平,而是会上升。即钢管混凝土徐变会一直持续下去。

(4)目前,还尚未看到有文献涉及考虑像加载龄期、持荷时间等因素对钢管混凝土徐变影响的内容。期望在工程实践中收集相关的资料加以整理分析。

(下转第95页)

5

72005年　第2期 曾　彦:钢管混凝土徐变研究发展概述

板,由于建筑高度低,施工方便,在重庆的各等级公路建设中被大量采用,成为各路段基本桥型之一。高强度低松弛钢绞线及后张法预应力扁锚体系的应用,使得结构截面尺寸更趋合理,材料用量进一步减少,自重减轻,经济效益十分明显。从表2所示3种结构型式桥梁上部结构主要材料用量的分析比较,不难发现,组合箱型梁比圆孔型空心板具有明显的经济优势和适用价值。

4　结束语

预应力混凝土空心板以其受力明确、结构简单、施工方便和造价低廉等优势,目前仍被广泛应用在公路及城市立交桥等的中小跨径桥梁中,并将具有长久的生命力。只要我们精心设计,精心施工,严格管理,认真监督,预应力空心板仍将会在重庆公路建设中得到广泛的应用,取得良好的社会效益和经济效益。

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[S].

(上接第75页)

(5)对于普通钢筋混凝土,由于徐变引起过大反拱导致一系列的问题已引起了学术界及工程界的广泛关注,但钢管混凝土结构中徐变对挠度的影响研究还甚少,以后在这方面需要做更多的工作。

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2005年　第2期 郭成川:预应力混凝土空心板设计与施工的质量控制

混凝土收缩徐变对构件有什么影响

试验表明，把混凝土棱柱体加压到某个应力之后维持荷载不变，则混凝土会在加荷瞬时变形的基础上，产生随时间而增长的应变。这种在荷载保持不变的情况下随时间而增长的变形称为徐变。徐变对于结构的变形和强度，预应力混凝土中的钢筋应力都将产生重要的影响。 混凝土的组成和配合比是影响徐变的内在因素。水泥用量越多和水灰比越大，徐变也越大。骨料越坚硬、弹性模量越高，徐变就越小。骨料的相对体积越大，徐变越小。另外，构件形状及尺寸，混凝土内钢筋的面积和钢筋应力性质，对徐变也有不同的影响。 养护及使用条件下的温湿度是影响徐变的环境因素。养护时温度高、湿度大、水泥水化作用充分，徐变就小，采用蒸汽养护可使徐变减小约20%～35%。受荷后构件所处环境的温度越高、湿度越低，则徐变越大。如环境温度为70℃的试件受荷一年后的徐变，要比温度为20℃的试件大1倍以上，因此，高温干燥环境将使徐变显著增大。 混凝土的应力条件是影响徐变的非常重要因素。加荷时混凝土的龄期越长，徐变越小。混凝土的应力越大，徐变越大。 混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为收缩；混凝土在水中或处于饱和湿度情况下结硬时体积增大的现象称为膨胀。一般情况下混凝土的收缩值比膨胀值大很多，分析研究收缩和膨胀的现象以收缩为主。 混凝土的收缩是随时间而增长的变形，结硬初期收缩较快，1个月大约可完成 1/2的收缩，3个月后增长缓慢，一般2年后趋于稳定，最终收缩应变大约为(2～5)×10-4，一般取收缩应变值为3×10-4。 干燥失水是引起收缩的重要因素，所以构件的养护条件、使用环境的温湿度及影响混凝土水分保持的因素，都对收缩有影响。使用环境的温度越高湿度越低，收缩就越大。蒸汽养护的收缩值要小于常温养护的收缩值，这是因为高温高湿可加快水化作用，减少混凝土的自由水分，加速了凝结与硬化的时间。 试验还表明，水泥用量越多，水灰比越大，收缩越大；骨料的级配好，弹性模量大，收缩越小；构件的体积与表面积比值大时，收缩小。 对于养护不好的混凝土构件，表面在受荷前可能产生收缩裂缝。混凝土的收缩对处于完全自由状态的构件，只会引起构件的缩短而不开裂。对于周边有约束而不能自由变形的构件，收缩会引起构件内混凝土产生拉应力，甚至会有裂缝产生。 在不受约束的混凝土结构中，钢筋和混凝土由于粘接力的作用相互之间变形是协调的。混凝土具有收缩的性质，而钢筋并没有这种性质，钢筋的存在限制了混凝

钢管混凝土的优缺点

钢管混凝土学习研究报告 土木建筑工程学院

目录 任务分工 (3) 钢管混凝土的结构性质 (3) 一、钢管混凝土的基本原理： (3) 二、钢管混凝土的截面形式： (3) 三、根据钢管作用的差异，钢管混凝土柱又可分为两种形式： (4) 四、常用的拱桥截面形式： (4) 相对于钢筋混凝土钢管混凝土的优缺点 (5) 优点： (5) 缺点： (6) 国外钢管混凝土的一些研究 (7) 一、钢管混凝土的耐火性能的研究 (7) 二、钢管混凝土火灾后剩余承载力的研究 (7) 三、实心钢管与空心钢管混凝土耐火性研究 (8) 国钢管混凝土的新技术 (8) 薄壁钢管混凝土核心桩 (8) 钢管混凝土在工程中的应用 (10) 钢管流态混凝土受力机理 (10) 主拱钢管灌注混凝土顺序对结构受力的影响 (11)

任务分工 钢筋混凝土国新技术的查询：王乾 钢筋混凝土国外新技术的查询：王曾 新技术应用具体实例的查询：林宇恒 钢管混凝土结构性质以及钢管混凝土与钢筋混凝土优缺点的对比：黄正源 钢管混凝土的结构性质 一、钢管混凝土的基本原理： 1、利用横向钢管，对受压混凝土施加侧向约束，使管混凝土处于三向受压的应力状态，延缓其纵向微裂缝的发生和发展，从而提高其抗压强度和压缩变形能力。 2.借助填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变窑钢管的失稳模态，从而提高其承载能力。钢管混凝士利用钢管和混凝土中材料在受力过程中的相互作用即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。同时，由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲。可以保证其材料性能的充分发挥；另外，在钢管混凝土的施工过程中，钢管还可以作为浇筑其核心混凝土的模板。总之通过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝±，不仅可以弥补两种材料各自材料的缺点，而且能够充分发挥二者的优点，这也正是钢管混凝土组合结构的优势所在。 二、钢管混凝土的截面形式： 主要有圆形，正方形和矩形

配制高性能钢管微膨胀混凝土应注意的几个问题

配制高性能钢管微膨胀混凝土应注意的几个问题 来源：中国论文下载中心[ 06-03-19 17:42:00 ] 作者：郑守疆编辑：studa9ngns 摘要：本文介绍了钢管拱桥钢管微膨胀混凝土在设计过程中应注意的几个关键因素，提供了一些控制指标，对同类桥梁施工具有一定的借鉴与参考价值。 关键词：配制钢管微膨胀混凝土关键因素 最近几年，我国在钢管拱桥应用技术方面发展很快，在许多大跨度的桥梁设计中都采用钢管拱桥施工技术。该桥型是目前国内风行的一种新型结构，其桥梁结构形态优美，工艺复杂，跨度大，既省材料又省时间，且在施工期间不影响下部正常的通行，发展前景十分广阔。该桥梁在设计中为了充分发挥钢管套箍作用，内灌注高性能微膨胀混凝土，以提高钢管的承载能力，提高构件的稳定性。在钢管中灌注的一般是C40～C50的高性能微膨胀混凝土。该混凝土施工要求早期强度高，高流态，缓凝，自密实及可泵性非常好，最为关键性问题是，该钢管混凝土为微应力混凝土。因三向应力混凝土的主要特性是强度高，变形性好，在外荷载作用下，由于钢管约束其内部核心混凝土的横向变形，使在三向应力作用下的核心混凝土的强度比普通浇注的混凝土提高了2～3倍。普通混凝土受压的压缩应变≥0.002时，出现纵向裂缝而破坏。三向应力作用下的混凝土可看作弹塑性材料，当压缩应变达0.002时，不但仍有承载能力，而且表面不发生裂缝，它是一种很好的抗震材料。所以设置微应力，可提高构件的承载力及改变普通灌注法造成混凝土和钢管间有间隙的现象。在设计中确定微膨胀率和如何设计该种配合比是关键因素。钢管内部混凝土质量对工程结构安全影响很大，稍有不慎，就会出现质量事故，造成泵送困难，内有空气，不饱满，混凝土和钢管间有收缩空隙及承重能力下降等现象。作者成功地主持了本单位两座钢管拱桥钢管微膨胀高性能混凝土的设计工作，根据已成功的经验对配制过程中需注意的事项进行分析说明。 1材料 1.1水泥 水泥是混凝土中的胶凝材料，可为混凝土提供活性。混凝土中的水泥用量过多会产生不良后果：如水化热过大，混凝土收缩过大产生裂缝及空隙。因此，设计高性能微膨胀混凝土的水泥用量不宜过大，选择水泥时应选择525R早强型水泥为主体。该种混凝土在施工时，一般都要求高早强、缓凝及掺加外加剂、外掺料。所以，设计中对水泥的品种、细度、化学组成含量以及矿物组成，都有比较高的要求。水泥矿物组成中C3A和C3S对水化速度和强度发挥起决定作用。C3S与水反应快，凝结硬化也快，早、后期强度都高。因此，控制C3S 在40％～50％为宜；C2S与水反应慢，硬化也慢，早强低，但后期强度高，产生水化热低，C2S和C3S占水泥成分的70％～74％；C3A与水反非常快，水化热也高，但强度不高，所控制C3A在5%～9％；当减水剂加到水泥—水系统中，首先被吸附C3A，C3A含量高，吸附的就多，使C3S和C2S吸附的就少。因此，C3A含量高的，减水效果就差。而水泥中碱含量过高，使水泥凝结时间缩短，早强及流动性降低。水泥细度大，有利于减水剂增强效果。所以配制高性能微膨胀混凝土选择水泥时，应全面考虑，稍有不慎，会造成性能降低，膨胀值过大或过小，造成混凝土收缩，钢管内不饱满。 1.2细骨料 配制高性能微膨胀混凝土要求使用干净的河砂。使用时，必须考虑到砂中的云母含量、硫化物含量、含泥量和压碎指标值，该四种指标对混凝土强度和对钢筋的腐蚀性影响都非常

高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点_pdf.

高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 摘 要：我国一些高层建筑采用了钢管混凝土柱，取得了较好的技术和经济效果。本文主要综合介绍用于高层建 筑的钢管混凝土柱及其节点的形式，供设计时参考。关键词：高层建筑；钢管混凝土柱；钢管混凝土柱节点 在高层建筑中使用钢管混凝土柱具有其特殊优 "概述 钢管混凝土是在钢管中填充混凝土，利用钢管 点：用钢管混凝土柱代替普通钢筋混凝土柱，可以使柱截面大大缩小，而且可以提高抗震性能，方便施工等；利用钢管混凝土柱代替钢结构中的钢柱，可以减少用钢量，加强结构刚度；在高层建筑多层地下室的逆作法施工中，它更充当重要的角色。广州市的好世界广场大厦（##层，图!$），新中国大厦（%&层， 图!’），合银大厦（("层，图!)），深圳的赛格广场（*"层，图等大型高层建筑，都以不同的形式采用了钢管混!+） 凝土柱，部分还将之构成内框筒或用于逆作法建造多层地下室，在技术上和经济上均取得很好的效果。 对填心混凝土的套箍作用，使核芯混凝土受纵向压力时处于三向受力状态，从而提高其轴向抗压能力。钢管混凝土结构除强度高外，还有重量轻、延性好、［!］ 耐疲劳和冲击、省料和施工方便等优点。 由于钢管混凝土结构具有上述优点，因此在民用和工业建筑、桥梁和地铁等工程中得到广泛的应用。近年来，随着我国高层建筑的发展，利用钢管混凝土作为其主要承重柱的也逐渐增多。 !

好世界广场大厦" 新中国大厦 图" $合银大厦#赛格广场 采用钢管混凝土柱的高层建筑 高层建筑中使用的钢管混凝土柱主要是圆形截面的，但有时也会采用其他截面型式而形成异型柱。我国对圆形截面钢管混凝土柱已有深入的系统研究［!，"，#］和实践经验，而对异型截面柱的研究则比较少， 的节点形式，为在高层建筑中推广应用钢管混凝土柱提供了更广阔的空间。 本文主要就高层建筑中所采用的钢管混凝土柱及其节点的形式和应用作一扼要的综合介绍。 应用也还不很多。 钢管混凝土柱与楼盖连结的节点，是实际应用中的一个重要部分。当它与钢结构楼盖连结时，构造比较简单，但与钢筋混凝土楼盖连结时则比较复杂，甚至影响了对它的使用，因此不少单位开展了这方面的研究，并已取得了可观的成果，提出了多种多样 我国在改革开放以来，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大， !钢管混凝土柱 !""!年#月第#期容柏生：高层建筑中的钢管混凝土柱及其节点 1@A!""!AB)# 加，柱的轴压力就越大，加上抗震设防的需要，为保证构件的延性，有关规范对钢筋混凝土柱均有控制轴压比（!"!#$"）的要求，同时混凝土的强度等级只做到#$"或再高一些，

徐变对混凝土结构的影响

徐变对混凝土结构的影响 摘要：在荷载作用下的应变随时间逐渐增加是由徐变引起的，这种变化时长期作用的结果，但对结构的变形不可忽视，着重研究徐变对 混凝土的变性影响，包括有利影响和不利影响，以及在结构设计中的 重要性 关键词：徐变变形混凝土 正文： 混凝土在长期持续荷载作用下随时间增长的变形称为徐变。混凝 土的徐变在加荷早期增长较快，然后逐渐减慢，在若干年后增长很少。 一般在两年左右趋于稳定，三年左右徐变即告基本终止、徐变虽然是 一个长期的微变形，时间久了，变形量不可忽略。 徐变对结构产生的影响主要是使变形增大，使预应力混凝土的预 应力产生损失，使结构或构件产生内力重分布或表面应力重分布，以 及引起应力松弛等。 混凝土徐变的影响，在多数情况下是不利的，但徐变引起的内力 或应力重分布及应力松弛优势对结构有利。 国内建设的大量高层和超高层建筑近年来越来越多。在对深业物 流中心316m超高层建筑的施工模拟研究。考虑混凝土收缩徐变对结 构的影响,对结构在施工过程中和服役期间的受力状态进行了模拟分 析,理论上讲，混凝土徐变有利于高层建筑整体结构变形协调，并有 利于减缓整体结构的应力集中。所以，一般情况下，混凝土徐变对整

体结构承载力和稳定的影响较小，然而，对上部连梁和高层建筑中非结构构件的影响很大。由此，在高层、超高层钢筋混凝土结构混凝土徐变的影响，在结构设计中采取措施，来保证建筑质量和正常使用。利用有限元分析软件SAP2000,在精确模拟施工计算方法下,计算了考虑结构竖向变形量、竖向变形差以及框架梁的附加内力。计算结果表明:考虑弹性压缩以及混凝土收缩徐变时,结构竖向变形、变形差、附加内力都随楼层增加先增后减;考虑变形差后,框架梁近柱端剪力和弯矩减小了,近墙端剪力和跨中弯矩增大了。 对存在温度应力的结构，混凝土徐变徐变可能是温度应力降低。由于水化热的发展和随后的冷却使已受约束的大体积混凝土受到温暖循环变化的影响，大体积混凝土中的徐变本身很可能就是导致开裂的原因。大体积混凝土内温度的快速上升会使混凝土内部产生压应力，由于新浇筑的混凝土弹性模量很小，所以这个压应力也很小，以致于此时的徐变较大，从而使压应力得以释放。因此一旦发生冷却，正保持者的压应力就会逐渐消失。但如果混凝土进一步冷却，就会产生拉应力，由于徐变速率随龄期而减小，所以，甚至在温度降至略高于初始浇筑温度之前，就可能出现裂缝了。因此，对大体积混凝土内部温度升高必须加以控制 徐变变形有时数倍于弹性变形，而这对改变混凝土的应力状态是有利的，在静不定结构中，徐变可以消除由于收缩，支座移动引起的应力集中，在一些混凝土结构中，徐变可以使因不均匀收缩引起的内应力减小，因而亦能使裂缝减少。

轻钢混凝土组合结构的发展趋势

轻钢混凝土组合结构的发 展趋势 High quality manuscripts are welcome to download

轻钢-混凝土组合结构的发展趋势 提要：介绍了轻钢-混凝土组合结构的概念，对其结构体系、发展现状及存在的问题进行了探讨，并阐明了该结构必将广泛应用于建筑结构工程的发展趋势。关键词：轻钢-混凝土组合结构；结构体系；发展趋势 一、引言 随着我国钢材产量的逐年增加和高强度、高性能建筑结构用钢的大量生产，我国已进入了大力发展钢结构建筑的新时期。目前，普通钢结构建筑的受力性能分析和设计方法已比较成熟，轻型钢结构和普通钢-混凝土组合结构也处于进一步开发和完善阶段，而轻钢-混凝土组合结构的研究还比较少[1,2,3]。轻钢-混凝土组合结构是一种由冷弯薄壁型钢和薄壁钢管与混凝土组合而成的新型结构体系。轻钢─混凝土组合结构具有轻钢结构的优点，同时由于混凝土的存在而提高了结构的刚度和稳定性，并增强了结构的防火性能。 二、轻钢-混凝土组合结构体系 （一）竖向承重结构 结构竖向承重主要以薄壁钢管混凝土柱为主。由于冷成型薄壁钢管的管壁较薄，管内部混凝土可防止钢管发生局部屈曲，还可根据其稳定性要求在管内纵向设肋[4]，从而提高钢管的局部稳定承载力。同时钢管对混凝土有较强的约束作用，提高了混凝土的轴向抗压强度，因此，薄壁钢管混凝土柱的承载力高于钢管和混凝土的承载力之和。由于在钢管内浇筑了热容量较大的混凝土，发生火灾时

能够吸收热量，从而延长了钢管的耐火极限[5,6]。圆钢管轴向受力性能较好，其受弯性能及与其它构件的连接不如方钢管，但方钢管对混凝土的约束能力较差[7]。因此可考虑采用六边形及八边形钢管[8,4]，以便为梁﹑柱连接提供方便和保证（如图1所）。 （二）楼面结构 轻钢-混凝土组合建筑可选用多种楼面结构形式。它要求楼板必须有足够的刚度﹑强度和整体稳定性，同时应使楼板自重轻﹑厚度小，并提高施工速度。楼面结构可选用如下形式： （1）压型钢板和混凝土组合楼板； （2）密肋轻钢─混凝土组合楼板； （3）现浇预应力钢筋混凝土楼板； （4）混凝土预制叠合楼板。 其中优先选用1﹑2类型。其主要优点是： （1）省去楼面模板支撑，节省投资，施工速度快； （2）压型钢板与轻钢密肋中可布置设备管线，减少吊顶高度； （3）平面刚度大，房屋有较强的整体性，抗震性能好。主﹑次梁可采用矩形钢管﹑双槽钢﹑冷弯U型卷边槽钢或H型﹑I字型焊接或热轧型钢。I字型钢可以是实腹的也可是空腹的，也可选用卷边槽钢－混凝土组合梁。梁板组合结构通过栓钉及剪力连接件形成整体，共同来承担楼面荷载。目前压型钢板与混凝土组合楼面结构在国内发展已比较成熟。 （三）支撑结构

钢管柱混凝土施工方案

钢管柱混凝土施工方案 一、工程概况 本工程钢管混凝土柱有D600、700、800、900、1000mm五种截面，共计474根。钢管柱埋件位于桩顶标高处，固定难度大。钢管柱安装受预应力筋安装等交叉作业的影响较大。单节钢管柱约8t，塔吊选型和布置需同时考虑混凝土结构和钢管柱吊装施工；钢管混凝土柱自密实混凝土施工方案的选择和质量保障直接影响结构使用安全。 二、钢管混凝土施工方法选择 本工程钢管柱管径均大于350mm以下，分节吊装和分段浇筑，每节长度大于4m以上，根据本工程的平面布置和施工现场条件的限制，为了不影响主体结构和钢结构施工，部分钢管柱汽车泵无法辐射到部分，只能利于夜间塔吊空闲时间，采用塔吊将混凝土送入钢管柱内；另本工程设计有变截面钢管柱、钢管斜柱、V形钢管柱，且节点处有水平加劲肋，给施工带了一定的难度，须混凝土自钢管柱上口灌入，一次浇灌高度不大于2m，采用人工和振捣器械对混凝土实施振捣，已达到密室效果，所以选用高抛自密实法+人工浇捣的方法浇筑本工程钢管柱内的混凝土。 三、钢管柱自密实混凝土施工 1 钢管混凝土柱竖向分节及施工机械选择 本工程钢管混凝土泵送高度为-12.03m~35.432m，根据工程设计特点和施工部署，采取分节进行浇筑，其分节见表3.1-1。 2 混凝土配合比设计与配制 本工程钢管柱混凝土设计强度等级为C40，根据本工程特点和选用泵送顶升浇筑法施工，须采用自密实微膨胀混凝土。依据中国土木工程学会标准《自密实混凝土设计与施工指南》CCES 02-2004，对自密实混凝土的组成材料要求，工作性能评价指标及试验方法，配合比设计与配制，按如下要求配制：1）自密实混凝土的组成材料要求 (1)水泥：采用42.5普通硅酸盐水泥，其质量符合现行国家标准《通用硅酸盐水泥》GB175-2007的要求。

自密实高性能混凝土在钢管混凝土拱桥中的应用研究

自密实高性能混凝土在钢管混凝土拱桥中的应用研究 1 自密实混凝土在国内外的研究情况 自密实高性能混凝土是日本东京大学教授冈村甫率先提出的，80年代后半期冈村甫教授首次开发了"不振捣的高耐久性混凝土"。日本在90年代有采用免振捣自密实混凝土的工程实例。1996年冈村甫教授在美国泰克萨斯大学讲学，介绍了自密实混凝土的概念、性能和工程实例。美国也有自密实混凝土的实例。美国对钢筋混凝土结构，仍强调需要适当振捣以确保钢筋混凝土结构的力学性能。 在我国，90年代清华大学开始进行自密实混凝土的研究，近年来国内不少单位对自密实混凝土开展了较多的研究并取得了可喜的成果，如福州大学对自密实混凝土的配制、自密实钢筋混凝土配筋结构的力学性能、自密实混凝土在钢筋混凝土结构工程中的应用等进行了系列研究。但至今尚缺少钢管自密实混凝土结构的力学性能及实际工程的应用研究，因此开展相关的研究工作很有必要。 2 研究的意义 在世界范围内，随着混凝土工程不断向大规模化、复杂化、高层化方面发展，钢筋混凝土体内配筋越来越复杂，施工难度很大，与此同时城市噪音也越来越成为重要的问题，因此高流态混凝土的研究受到人们广泛重视。自密实混凝土是在较低水灰比条件下，通过使用复合高效减水剂等外加剂和矿物细掺料配制的比一般流态混凝土的流动性更好，具备更良好的抗分离性、填充性、优良的穿越稠密钢筋间隙性能的新型材料。该混凝土拌合物在较低的水胶比下不经振捣仅靠自重就能填充到复杂模型的各个角落，使其具有均匀自密实成型性能。自密实混凝土为改善和解决过密配筋、薄壁、复杂形体等振捣困难的工程施工条件带来了极大的方便，因此非常适合用于无法振捣的钢管混凝土拱桥中。 钢管混凝土结构以其承载力高、塑性和抗震性能好、经济效果显著和施工简便等优点,自六七十年代开始就受到工程界的重视,特别是近年来,钢管混凝土结构正被大规模地应用于公路桥梁中。 钢管混凝土的管内混凝土强度等级要求在C30级以上,且高强度等级混凝土的应用越来越多。为便于浇筑,要求混凝土坍落度大,和易性好,且不泌水不离析;同时为充分发挥钢管套箍作用,要求混凝土的收缩率小,填充饱满。而自密实高性能混凝土是在较低的水胶比下不经振捣仅靠自重就能填充到复杂模型的各个角落，具有均匀自密实成型的性能，又保证混凝土硬化后具有优良的力学性能和优异的耐久性能。自密实高性能混凝上应用在钢管混凝土结构中，对方便钢管混凝土的施工，确保工程质量、降低工程成本都将具有主要的作用，并将取得显著的经济、技术效益

钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济比较分析

钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济比较分析 发表时间：2015-12-28T15:32:05.257Z 来源：《基层建设》2015年19期供稿作者：何波 [导读] 广东城建达设计院有限公司希望通过本文的研究，可以在钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的使用方面，为今后的建筑施工的提供科学的借鉴。 何波 广东城建达设计院有限公司 摘要：随着经济发展水平的不断提高，现代建筑工程对建筑材料和建筑结构的要求越来越高，人们对高层建筑使用空间的要求也越来越高，如何在保证结构安全合理的前提下，进一步实现使用空间的最大化、节约经济成本的目的。接下来本文将对钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济进行合理的分析，为今后的建筑结构设计提供一个合理的价值参考。 关键词：钢管混凝土柱；钢管混凝土叠合柱；受力特性；技术经济；比较分析 引言 随着城市建设的不断加快，高层建筑在数量上不断增加，高度也不断加高，而建造高层建筑大多数采用钢筋混凝土结构，结构自重很大，柱的轴力大，加上抗震设防的需要，为保证构件的延性，有关规范对钢筋混凝土柱均有控制轴压比的要求，所以柱的截面很大，甚至达到了占用过大使用面积，影响建筑功能和观感的地步。为了解决这一矛盾，结构设计中可使用钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱来代替普通钢筋混凝土柱，由于其承载力高，抗震性能好，柱的截面可以大大缩小，因此，高度较大的高层建筑很多都采用钢管混凝土柱和钢管混凝土叠合柱。下面对于钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱在高层建筑当中的应用和各自受力特点，进行分析与比较。再结合工程实例，通过分析两种结构方式的优点，来提出最佳的使用方案，实现实用性与经济性的双重价值。 一、钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱各自的结构受力特性 （一）、钢管混凝土柱的结构受力特性 （1）受力合理，能充分发挥混凝土与钢材的特长，从而使构件的承载能力大大提高。对混凝土来说，由于钢管的约束，改变了受力性能，变单向受压为三向受压，使构件抗压承载力提高显著。从另一方面而言，对于同样的负荷，钢管混凝土构件的断面将比钢筋混凝土构件显著减小。对钢管来说，薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感，由于混凝土充填了钢管，保证了薄壁钢管的局部稳定，使其弱点得到了弥补。 （2）具有良好的塑性性能。混凝土是脆性材料，混凝土的破坏具有明显的脆性性质。而钢管混凝土结构中，由于核心混凝土是处于三向约束状态，约束混凝土与普通混凝土不同，不仅改善了使用阶段的弹性性质，而且在破坏时产生很大的塑性变形，钢管混凝土柱的破坏，完全没有脆性特征，属于塑性破坏。 （3）施工简单，缩短工期。钢管本身就是模板，因此比钢筋混凝土构件省去了模板。钢管本身既是纵筋又是箍筋，这样便省去了模板及钢筋的制作安装工作。 （4）能获得了很好的经济效益。与钢筋混凝土结构相比，大约可减少混凝土量的一半，而用钢量也减少，减少了结构占地面积，取得了显著的经济效果。（5）具有良好的抗震性能。由于结构自重大大减轻，这对减小地震作用大为有利。结构具有良好的延性，这在抗震设计中是极为重要的。 尽管钢管混凝土结构的优点很多，但是由于它自身的特性决定了它尚存在的一些弊端，比如在节点连接构件上处理较复杂，施工难度较大，具体如下：a.当钢管混凝土柱与混凝土梁连接时，就必须借助于柱上的牛腿和加强板。如果与柱连接的梁较多且不在同一标高时，就会有许多的牛腿和加强板。如果采用明牛腿可能在美观上会受到影响。如果用暗牛腿，又会或多或少地给浇灌混凝土带来不便，影响施工进度。b.为了能够充分发挥钢管混凝土的承载力，钢管混凝土的连接应尽可能地将连接力可靠地传递到核心混凝土上。常采用柱顶盖板、柱脚底板和层间隔板、穿心板等来实现。当然前提条件必须是应保证管内混凝土的密实，做到这一点也是不易的。 （二）、钢管混凝土叠合柱的的结构受力特性 钢管混凝土叠合柱是由截面中部的钢管混凝土柱和钢管外的钢筋混凝土叠合而成的柱。钢管外的钢筋混凝土可以滞后（不同期）浇筑，也可以和管内混凝土同期浇筑（但可以用不同的强度等级）。叠合柱的核心部分设置钢管混凝土柱，让它承受总轴力的约3/4，并提供主要抗剪承载力；外围混凝土仅承担总轴力的1/4左右，让它的轴压比小，变形能力大，并承受截面上的大部分弯矩。 在高层重载柱设计时，增强柱子承载能力和抗震性能的主要理念和方法有：1）强化，采用高强高性能建筑材料；2）组合，将不同材料组合到一个构件中，取长补短；3）约束，通过对材料间的相互约束，或对弱性材料的约束改善其性能；4）叠合，使内力在截面中的分布更趋合理，从而增强其抗力和延性。钢管混凝土叠合柱兼容并蓄了以上四种增强理念，优化配置各种成柱材料，充分地发掘其潜力，大幅度减小柱断面。 叠合柱设计理念正是综合利用以上四种（强化、组合、约束、叠合）增强手段，使各种材料合理巧妙地组合于一个构件之中，实现优化配置。因此钢管混凝土叠合柱抗压、抗剪、抗弯、抗扭强度大，抗震、抗火、抗爆、抗冲撞性能好，而且截面积比普通混凝土柱明显减小、施工方便、取得了显著的经济效果。 二、钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱的技术经济比较分析 下面结合工程实例，对于钢管混凝土柱与钢管混凝土叠合柱在高层建筑当中的应用和技术经济条件，进行分析与比较。通过分析两种结构方式的优点，来提出最佳的使用方案，实现实用性与经济性的双重价值。 实例：江门市某酒店，地下2层，地上27层，99.0米，51200㎡，底部大空间，3层框支转换，应用型钢混凝土梁解决大跨度转换梁的结构设计问题，但是工程经济性及使用空间的合理性却遭受考验，框支柱的尺寸直接影响首二层酒店大堂空间舒适性。下面为框支框架部分

混凝土结构设计原理简答题答案

1.失效概率f p 和可靠指标β的意义是什么？两者之间有何关系？ 失效概率：结构功能函数Z=R-S<0的概率称为结构构件的失效概率。 可靠指标;设计规范所规定的作为设计结构或结构构件时所应达到的可靠指标即设计可靠指标。可靠指标越大，失效概率越小，即结构越可靠。 2.在双筋梁正截面受弯承载力计算中，在计算 s A 时如果 x ＞ o b h ξ，如何处理失效概率？ 3.简述对于适筋梁提高混凝土等级与提高钢筋等级相比，对承载力的影响。 4、在计算已知受压钢筋A‘S 的非对称大偏心受压构件的受拉钢筋AS 时，是否还可令X=ξb h0？为什么？这时应怎样求AS ？ 5、在偏心受压构件承载力计算中，什么情况下受拉钢筋AS 可 按) ('0' s y S a h f Ne A -= 计算？ 大偏心受压构件中，x<2a ’s 时,取x=2a ’s,令 ) ('0's y S a h f Ne A -= ，对a ’s 合力作用点列力矩方程。 6、何谓构件的抗弯刚度？何谓“最小刚度原则”？ 构件发生单位曲率时所施力上的弯矩叫抗弯刚度。弯矩越大越不利，采用其最大弯矩绝对值截面处的最小刚度，作为该区段内的抗弯刚度来计算。 7、简述大、小偏心受拉构件破坏特征的不同。 大偏心受压情况：受拉破坏：受拉钢筋首先达到屈服，导致压区混凝土压坏，其承载 力主要取决于受拉钢筋。 小偏心受压情况：受压破坏：受拉钢筋一般未屈服，受压区混凝土到达其抗压强度，其承载力取决于受压区混凝土及受压钢筋混凝土。 偏心受拉构建受力特点： 小偏心受拉：轴向拉力低于As 及As 丿之间的受拉构件，混凝土完全不参与工作，两侧As 及As 丿均受拉屈服 大偏心受拉：取决于靠近偏心拉 力一侧的As 的数量，As 适量时，先屈服，然后裂缝开展，混凝土受压区缩小。最后，因受压区混凝土达到极限压应变及纵向As 丿达到屈服，达到承载力极限。 8.预应力混凝土轴心受拉构件的裂缝等级分为几级？各级的验算条件是什么？ 三级：一级：σck-σpc ≤0 严格要求不出现裂缝 二级：σck-σpc ≤Ftk 一般要求不出现裂缝 三级：ωmax ≤ωmin 允许出现裂缝 9.张拉控制应力过高或过低将出现什么问题？ 张拉控制应力：①过高，易使预应力钢筋混凝土超过实际屈服强度而是去回缩性能活发生断裂，构件的开裂荷载与破坏荷载接近，使构件破坏前无明显征兆，构件延性较差。 ②过低，预应力钢筋混凝土经过各种损失后对混凝土产生的预应力过小，预应力混凝土效果不明显。 10、预应力传递长度与锚固长度有何不同？ 预应力传递长度：指从预应力筋应力为0的端部到应力为σpe （有效预拉应力）的这一段长度为Ltr 11、张拉控制应力是否可以高过预应力筋的抗拉设计强度？ 不可以。若过高，易使预应力钢筋混凝土超过实际屈服强度而是去回缩性能活发生断裂，构件的开裂荷载与破坏荷载接近，使构件破坏前无明显征兆，构件延性较差。 12、什么叫少筋梁、适筋梁和超筋梁？在实际工程中为什么应该避免采用少筋梁和超筋梁？ 答：（1）少筋梁为破坏时，纵向受拉钢筋先屈服，受压区混凝土随后压碎的梁 . 适筋梁为破坏时混凝土受压区先压碎，纵向受拉钢筋不屈服的梁 . 超筋梁为破坏时受拉区混凝土一裂就坏的梁 . （2）少筋梁与超筋梁都属于脆性破坏，但不经济故应该避免 13、什么叫配筋率？它对梁的正截面承载力有何影响？ 答：（1）配筋率为纵向受拉钢筋总截面面积As 与正截面的有效面积bh ο的比值 （2）π在一定程度上标志了 正截面上纵向受拉筋与混凝土的面积比例，它是对梁受力性能有很大影响的一个重要指标。在πmin<=π<=πmax 范围内，π越大，正截面的承载力越大。 14、正截面承载力计算的基本假定有哪些? (1)截面应变保持平面。(2)不考虑混凝土的抗拉强度 (3)采用理想的混凝土应力应变曲线。 (4) 采用理想的钢筋应力应变曲线。 15、等效矩形应力图形的确定原则是什么? 原则是两个图形不但压应力合力的大小相等，而且作用位置完全相同。 16、图中4种截面，当材料强度、截面宽度b 和高度h 、所配纵向受力钢筋均相同时，其能承受的弯矩(忽略自重影响)是否相同 ? 不全相同，因为受拉区混凝土退出工作、其他情况相同时受拉区截面大小与承载力无关；受压区混凝土截面尺寸增大，可使fyAs 的内力臂增加，故可使承载力提高，所以图上4种截面所能承受的弯矩关系为：Ma ＝Mb

关于钢管混凝土结构承载力的分析与探讨

关于钢管混凝土结构承载力的分析与探讨 发表时间：2018-03-07T16:08:42.107Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第29期作者：熊帅[导读] 只有在极少数的情况下，例如柱子承受很大的压力，或压力小而弯矩大时，则在管内配置纵向钢筋和箍筋。华南理工大学 510000 摘要：随着我国经济和建设事业的迅猛发展，近年来，钢管混凝土以其独特的优势在各项建设事业中得到了较为广泛的应用，并且也是发展前景极为广阔的一种结构形式。为了更安全合理地推广应用钢管混凝土结构，本文主要对不同截面形式钢管混凝土结构的承载力进行了分析。 关键词：不同截面；钢管混凝土结构；承载力 1.钢管混凝土结构概述 钢管混凝土结构是将混凝土注入封闭的薄壁钢管内形成的组合结构，通常用于轴心受压或偏心受压的柱，且一般都不再配筋，只有在极少数的情况下，例如柱子承受很大的压力，或压力小而弯矩大时，则在管内配置纵向钢筋和箍筋。 钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土结构、螺旋配筋混凝土结构以及钢结构的基础上演变和发展起来的一种新型结构。在性能方面，它利用钢管和混凝土材料在受力过程中的相互制约，不仅弥补了两种材料各自的缺点，而且能充分发挥二者的优点，使整个结构具有良好的受力性能。由于钢管的存在，使核心混凝土处于三向受力的复杂应力状态，不仅使混凝土的强度提高，而且使原本脆性的混凝土由于受钢管的约束成为具有一定塑性性能的材料。 所以在钢管混凝土结构中，承载力是很重要的性质。对于不同截面的钢管混凝土结构，其截面形式的受力特点及承载力是不同的，所以，下面就几种不同截面钢管混凝土结构的承载力进行分析。 2.不同截面形式钢管混凝土结构的承载力分析 2.1常用截面形式 2.1.1圆形截面 圆形钢管混凝土是目前研究最为充分的截面形式且在工程中应用也最为广泛。对于圆形钢管混凝土柱，混凝土受到钢管对其均匀约束作用。圆形钢管混凝土承载力及变形能力均优于其他截面形式钢管混凝土构件。由于圆形钢管对于混凝土约束效果比较好，所以圆形钢管混凝土构件主要用于轴压及小偏心受压构件。对于大偏心受压构件来说，由于受拉侧钢管不能对混凝土约束，因此混凝土三向受压性能不能得到发挥。 2.1.2方形截面 方形钢管混凝土构件在结构中应用也很广泛，但是方形钢管对于混凝土的约束不如圆形钢管的约束效果好，方形钢管混凝土的承载力明显低于圆形钢管混凝土。研究表明，方形钢管对于内部混凝土的约束可以分为两个部分：有效约束区和非有效约束区，二者的界限为一抛物线，有效约束区的混凝土极限抗压强度是高于非有效约束区，非有效约束区的混凝土所受到侧向约束是不均匀的。 2.1.3八边形截面 采用圆形钢管混凝土时，在节点区域将会消耗大量的钢材同时给施工带来很大的困难，影响结构的整体经济效益。对于方形钢管混凝土柱，由于外钢管的四个角部分应力集中比较严重，易出现薄弱区域，特别对于抗震不利。同时当构件截面的钢管的宽厚比很大时，则要考虑钢管局部屈曲。采用八边形钢管混凝土结构不仅可以缓解方形钢管混凝土四角应力集中问题及局部屈曲，同时可以兼顾到圆形钢管的约束效果。八边形钢管对于混凝土的约束也分为有效约束区及非有效约束区，且二者界限也为一抛物线。但是由于八边形钢管其角点为120度相比于方形钢管混凝土角点90度，其尖锐性缓解很多，有效缓解了方形钢管混凝土角点应力集中问题，同时又兼顾了方形钢管混凝土梁柱节点的连接，相比于圆形和方形钢管混凝土结构具有一定的优势。各截面应力图如图1所示。

混凝土徐变及收缩

混凝土徐变 混凝土徐变：混凝土在某一不变荷载的长期作用下(即，应力维持不变时), 其应变随时间而增长的现象。 1.产生徐变的主要原因： 水泥胶体的塑性变形； 混凝土内部微裂缝的持续发展。 2.影响徐变的因素: 内在因素──砼组成成分和混凝土配合比; 环境因素──养护及使用条件下的温湿度; 应力条件──与初应力水平有关。 3.压应力与徐变的关系： σc≤0.5fc ── 线性徐变，具有收敛性； σc＞0.5fc ── 非线性徐变，随时间、应力的增大呈现不稳定现象； σc＞0.8fc ── 砼变形加速,裂缝不断地出现、扩展直至破坏（非收敛性徐变）。 一般地, 混凝土长期抗压强度取（0.75~0.8）fc徐变系数：φ＝εcr/εce＝ECεcr /σ。 4.徐变对构件受力性能的影响： 在荷载长期作用下，受弯构件的挠度增加； 细长柱的偏心距增大； 预应力混凝土构件将产生预应力损失等。 2、什么是混凝土的徐变和收缩？影响混凝土徐变、收缩的主要因素有哪些？混凝土的徐变、收缩对结构构件有哪些影响？ 答：混凝土在长期不变荷载作用下，其应变随时间增长的现象，称为混凝土的徐变。 影响因素： ⑴加荷时混凝土的龄期愈早，则徐变愈大。 ⑵持续作用的应力越大，徐变也越大。 ⑶水灰比大，水泥以及用量多，徐变大。 ⑷使用高质量水泥以及强度和弹性模量高、级配好的集料（骨料），徐变小。 ⑸混凝土工作环境的相对湿度低则徐变大，高温干燥环境下徐变将显著增大。 混凝土在空气中结硬时体积减小的现象称为混凝土的收缩。

影响因素：试验表明，水泥用量愈多、水灰比愈大，则混凝土收缩愈大；集料的弹性模量大、级配好，混凝土浇捣愈密实则收缩愈小。同时，使用环境温度越大，收缩越小。因此，加强混凝土的早期养护、减小水灰比、减少泥用量，加强振捣是减小混凝土收缩的有效措施。

方钢管混凝土综述

方钢管混凝土综述 【摘要】：介绍了方钢管混凝土的定义和结构特点，以及其理论在国内外的发展。并举出实际工程例子来阐明其在建筑中广阔的应用前景，同时也提出了方钢管混凝土结构存在的问题。【关键词】：方钢管混凝土；承载力；稳定性；应用 【Abstract】It Introduces the definition and the features of square steel tube concrete structure,and its theory in the development of both at home and abroad. And gives some practical engineering examples to clarify its broad application prospects in building,and has also put forward the existing problems in square steel tube concrete structure. 0引言 伴随着人类的进步，科技的进步。人类建筑史上出现了一种新型的结构形式：钢管混凝土结构。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土基础上演变发展起来的．指在钢管中填充混凝土而成的一种新型组合结构。钢管混凝土按截面形式分为圆钢管混凝土、矩 形钢管混凝土、方钢管混凝土、多边形钢管混凝土等；按材料组成分为普通钢管混凝土(核心混凝土强度等级为C50以下的素混凝土，外包普通钢管，简称钢管混凝土)、薄壁钢管混凝土(普通素混凝土外包薄壁钢管)、高强钢管混凝土(高性能混凝土外包钢管)、钢管膨胀混凝土(钢管内填膨胀混凝土)、钢管自应力混凝土、增强钢管混凝土(钢管内填配筋混凝土或含有型钢的混凝土)、离心钢管混凝土(钢管内用离心法填充一层厚度为20 mm～50 mm的C40等级以上的混凝土而成型的空心钢管混凝土)等[1][2]。 1方钢管混凝土结构的特点 所谓方钢管混凝土，是指用钢板或角钢拼焊而成的方形空钢管，其内充填混凝土而形成的一类组台构件。它一方面通过钢管内混凝土的支撑作用防止钢管壁发生向内屈曲，提高了钢管壁的屈曲承载力；另一方面通过四壁的钢板对内填混凝土提供侧向约束，能提高混凝土的抗压强度。因此两者的组合承载力大于两者独立承载力之和。方钢管混凝土具有其独特的优势。 [3] 1.1和传统的钢筋混凝土相比 承载力高，在保持截面形式相同的情况下，方钢管混凝土柱的承载力明显高于普通钢筋混凝土柱。质量轻，在保持钢材用量相近和承载力相同的情况下，构件的截面面积可以减小约一半，从而使得建筑物的使用面积得以增大，混凝土构件的自重相应减小约50％。抗震性能好，方钢管混凝土在反复荷载作用下，吸能性强，刚度基本不退化，延性性能好。施工方便，可以简化施工工艺，节省脚手架用量、缩短工期，减少施工用地。 1.2和刚结构相比 经济效益好，在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节约钢材50％，焊接工作量可以大幅减少。耐火性能好，方钢管混凝柱由于管内有混凝土存在，可以吸收热量．因而耐火时间比钢柱长。动力性能优越，在高层建筑中，方钢管混凝土结构具有比钢结构优越的动力性能，能减轻风致摆动，增加居住人员的舒适感。 1.3和圆形钢管混凝土结构相比 节点形式简单，方形截面钢管混凝土结构构件之间的交贯线在一个平面内，节点形式简单便于加工，可节约人工费用．降低工程造价。截面惯性矩大，稳定性能好，建筑布局灵活，方钢管混凝土柱承载力高，可以采用大柱网，提供较大的建筑空间，且自由分隔满足各种功能要求；另外，采用方钢管混凝土结构更符合人们传统的审美观。施工更方便，方形钢管混凝土结构由于外形规则，有利于梁柱连接，克服了圆钢管混凝土结构由于截面形式特殊所带来的施工上的不便。

钢管混凝土的应用与发展

钢管混凝土的应用与发展 一、概述 随着我国经济水平的不断提高和城市建设的飞速发展，高层建筑如雨后春笋般不断涌现，超高层建筑也不乏其间。传统的钢筋混凝土结构由于受轴压比及抗震性能等不利条件的限制，难以在大荷载、大跨度等条件下实现高层建筑的功能多样化，更达不到建筑产业发展方向所要求的节地、节能等重要指标，已经不适应高层建筑发展的需要。近年来，国内较多地采用了钢管混凝土结构（Concrete Filled Steel Tubular Structure）作为高层建筑的一种主要结构形式。 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件,按截面形式不同,可分为圆钢管混凝土,方、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等,其中矩形钢管混凝土和圆钢管混凝土应用较广。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对核心混凝土的约束作用,使混凝土处于三向受压状态,混凝土的强度得以提高,塑性和韧性得到改善,同时克服了钢管容易发生局部屈曲的缺点。此外,在钢管混凝土的施工过程中,钢管还可以作为浇筑核心混凝土的 模板,与钢筋混凝土相比,可节省模板费用,加快施工速度。总之,通过钢管和混凝土组合成为钢管混凝土,不仅可以弥补两种材料各自的缺点,而且能够充分发挥二者的优点。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生,工程应用日益广泛。 二、钢管混凝土结构的特点 （1）承载力高

钢管混凝土构件受压时,由于产生紧箍效应,核心混凝土三向受压,强度大大提高,钢管延缓和避免了过早发生局部屈曲。两种材料互相弥补了彼此的缺点,充分发挥了彼此的长处,从而使钢管混凝土具 有较高的承载力,一般都高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。 （2）塑性和韧性好 混凝土的脆性较大,但核心混凝土在钢管的约束下,不但在使用 阶段改善了其弹性性质,而且在破坏时具有很大的塑性变形。由于钢管混凝土具有良好的塑性和韧性,因而抗震性能好。 （3）施工方便 与钢筋混凝土相比,采用钢管混凝土构件不用绑扎钢筋、支模、拆模等工序,施工简便。与预制钢筋混凝土相比,钢管混凝土不需要构件预制现场。与钢结构相比,钢管混凝土构造简单,焊缝少,易于制作。与普通钢构件相比,钢管混凝土的柱脚零件少,焊缝短,可以直接插入混凝土基础的预留杯口中,使柱脚的构造更简单。 （4）耐火性能好 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 升温时间,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。 （5）经济效益好 钢管混凝土可以很好地发挥钢材和混凝土两种材料的特性和潜

钢管混凝土结构在高层建筑中的应用现状

钢管混凝土结构在高层建筑中的应用现状 1前言 钢管混凝土结构是由混凝土填充薄壁圆形钢管而形成的组合结构。钢管混凝土结构中的钢管和混凝土两者在受力过程中的相互作用，即钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能得以提高；反过来，由于混凝土的存在，可以延缓或避免钢管过早发生局部屈曲或整体失稳，从而保证了两种材料性能的充分发挥，弥补了两种材料各自的缺点，正是由于钢管和混凝土的完美结合，使钢管混凝土成为性能优良的结构材料。钢管混凝土结构具有承载力、高塑性和韧性好、施工方便、耐火性能好及经济效益显著等显著的优点。 2钢管混凝土在高层建筑中的应用现状 自1897年美国人John Lally在圆钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱(称为Lally柱)并获得专利算起，钢管混凝土结构在土木工程中的应用已有百年历史。钢管混凝土优越的力学性能和施工性能，一开始就受到美欧各国土木工程界的重视，竟相开发利用。尤其是在80年代后期，由于现代高强、高性能混凝土技术和泵灌混凝土技术的迅速发展，给钢管混凝土结构技术的发展增添了新的活力，在欧美的一些桥梁工程和高层建筑工程中钢管混凝土技术悄然兴起。 钢管混凝土结构技术在我国研发利用已有近40年的历史。1966年将之用于北京地铁车站工程，上世纪70年代在一批重工业单层工业厂房和

重型构架中成功应用。80年代以来，随着高度超过100m的超高层建筑的大量兴建，人们开始应用钢管混凝土柱以解决“胖柱”问题的探索，它既解决了高强混凝土柱的脆性问题，又进一步减少了柱的截面尺寸。近10年来国内已建成的100m以上的超高层建筑已有20多栋。 深圳赛格广场是由我国自行设计、投资、制造和施工的以高科技电子配套市场为主，集办公、会展、商贸、金融、证券和娱乐为一体的现代化超高层建筑，于1999年建成。该工程占地面积9653m，地下4层，地上72层，总建筑面积166700m，地上建筑高度291.6m。 为赛格广场结构平面图，采用框筒结构体系，其框架柱及抗侧力体系内筒的28根密排柱均采用了钢管混凝土，框架柱柱1共16根，内筒由四角4根柱2和密排24根柱3组成21m的方形筒，密排柱的柱距3m，两柱间浇筑两片200mm厚的钢筋混凝土墙，内筒内加设纵横成井字形的整浇钢筋混凝土剪力墙，厚140mm。楼盖采用了钢梁(梁1、梁2截面相同，均为700×260×12×10)和压型钢板组成的组合楼盖体系。为加强外框架与核心筒的协同工作，共设置了5道刚伸臂。 为赛格广场大厦照片，该建筑是目前世界上已建成的最高的钢管混凝土结构超高层建筑，它的建成标志着我国钢管混凝土结构技术处于世界领先地位。3 高层钢管混凝土结构的发展方向 3.1向高强、高-性能、高效施工技术的钢管混凝土结构发展。高强度混凝土(一般认为强度等级为C60及以上的混凝土)是目前国内外研究的热门话题，其特点是强度高、节省材料、减少构件截面，减轻自重，