浅谈钢管混凝土在土木工程中应用

浅谈钢管混凝土在土木工程中应用

路璐

关键词:钢管混凝土；土木工程；应用

一、钢管混凝土的定义

钢管混凝土是混凝土的一种特殊形式，钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内形成的一种新型组合结构。将混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土。混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土。混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。钢管混凝土结构可以更有效地发挥钢材和混凝土材料的优点，并克服钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等，其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。

二、钢管混凝土在建筑施工中优点?

1.承载力高?

在建筑工程中对于薄壁钢管来说，其临界承载力极不稳定，因为它对局部缺陷很敏感。在钢管中填充形成混凝土后，钢管约束了混凝土，在轴心受压荷载作用下，混凝土三向受压，延缓了受压时的纵向开裂。而混凝土的存在却可以避免或延缓薄壁钢管过早地局部屈曲，两种材料相互弥补了彼此的弱点，却可以充分发挥彼此的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载力，大大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?

混凝土脆性较大，对于高强度混凝土（各国对高强混凝土的定义有所不同，我国目前一般指立方试块强度fc>60MPa的混凝土为高强混凝土）更是如此，其工作的可靠性因此大为降低。如果将混凝土灌入钢管中形成钢管混凝土，核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时具有很大的塑性变形。试验结果表明，钢管混凝土轴心受压短柱破坏时往往可以被压缩到原长的2/311，但仍没有呈现脆性破坏的特征。此外，混凝土耐撞击的能力，比钢结构都强，在承受冲击荷载和振动荷载时，也具有很好的韧性。?

3.施工方便?

在一般的土木工程建设中，采用钢管混凝土柱，没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工简便。因管内无钢筋，浇灌容易，振捣密实。特别是目前采用泵送混凝土、高位抛落不振捣混凝土和免振自密实混凝土等施工工艺，更可加速钢管混凝土构件的施工进度。与预制钢筋混凝土构件相比，不需要构件预制场地，与钢结构构件相比，钢管混凝土的构造通常比钢结构构件简单，焊缝少，关键在于制作特别是组成钢管混凝土构件的钢管壁厚一般均较小，现场拼接对焊简便快捷。由于空钢管构件的自重小，可以大大减少运输和吊装等费用。此外，钢管混凝土不论是单管柱还是格构式柱，和普通钢柱相比，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，免去了复杂的柱脚下构造。?

4.经济效益好?

如前所述，作为一种较为合理的结构形式，采用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力，使材料得到更为充分和合理的应用，因此，钢管混凝土具有良好的经济效果。大量工程实际表明，钢管混凝土与钢结构相比，在保持自重相近和承载能力相同的条件下，可节省钢材约50%左右，焊接工作量可大幅度减少。钢管混凝土承压构件与普通钢筋混凝土承压构件相比，理论分析和工程实践都表明，可节约混凝土大约50%左右，减轻结构自重大约50%左右，仅仅钢材用量略高或约略相等。并且在保持钢材用量相近和承载能力相同条件下，构件的横载面面积可减小约一半，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约50%。圆形钢管混凝土柱截面中心对称的特点和任意方向等强度的性能。

三、钢管混凝土的应用?

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20年来钢管混凝土结构在我国高层建筑工程、地铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了卓有成效的应用，推动了建造技术的发展。在我国，钢管混凝土结构主要应用于以下领域中。?

1.高层和超高层建筑工程?

将钢管混凝土结构应用到高层、超高层建筑中可节约建筑材料，增加使用空间。福建泉州邮电大楼是我国第一个局部采用钢管混凝土柱的高层建筑。此外局部采用钢管混凝土柱的建筑还有北京四川大厦、北京世界金融中心大厦、厦门阜康大厦等。全部柱子采用钢管混凝土的高层建筑有深圳赛格广场大厦、天津今晚报大厦、厦门金源大厦等。?

2.大跨度桥梁工程?

在拱桥结构中，钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨度很大时，拱肋承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土构件非常合理；钢管还可以作为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注混凝土的模板。自1990年在四川省苍旺县建成跨度为115m的我国第一座钢管混凝土拱桥以来，我国已经建成100多座钢管混凝土拱桥，其中跨度在100m以上的有30多座，尤其是重庆万县长江公路大桥，跨度达420m，一跨过江。经过多年的实践，我国在钢管混凝土拱桥建设上已经积累了丰富的经验，形成了一套较完整的拱桥建造技术。

3.其他工程?

钢管混凝土在其他工程中应用最多的是单层和多层工业厂房柱、高炉构架柱、锅炉构架柱、送变电构架柱、地铁站台柱、桁架压杆等，工程实例有：首钢、鞍钢和包钢的大型厂房和高炉构架，北京地铁，北京广安门华北电管局微波塔，湖北荆门热电厂的50m锅炉构架，华东、华北和辽宁等地的送变电构架等。

四、钢管混凝土未来的发展趋势?

1.新型组合构件的研制与创新?

钢管混凝土柱的研究和应用都日趋成熟，未来将对组合转换层、轻型大跨组合楼盖、组合节点、组合剪力墙等新型组合构件开展更多的研究和开发工作，并将为全组合结构体系的发展奠定良好的基础。?

2.在新材料的应用方面?

在施工企业的组合结构中采用薄壁钢管、高强材料，可以进一步降低钢材用量，采用密实高性能钢管混凝土，不仅可以省略混凝土振捣工序，降低混凝土施工强度和费用，而且可以减轻城市噪声污染。采用耐腐蚀、耐高温钢材，不仅可以使组合结构的耐久性和耐火极限得到提高，而且可以降低维护费用和防火费用。?

3.应用领域不断扩大?

钢管混凝土的应用会越来越广泛，会向地下工程、隧道工程、海洋工程和结构加固等领域推广发展，该结构能够充分发挥钢钢管混凝土的力学性能，当采用新型材料和新工艺后，还可以获得更好的施工性能、抗渗防水性能、抗火性能和耐火性，除了建筑及桥梁结构外，在其他领域也能够发挥显著的经济技术效益。

结语

钢管混凝土结构以其承载力高、抗震性能好、混凝土延性好、耐火性能好、施工简便及造价经济合理等一系列优点而广泛应用于高层和超高层建筑中。但是钢管混凝土结构的研究还不充分，尤其是结构体系研究少，还存在一些需要进一步研究和解决的问题。钢管混凝土高层建筑前景十分广阔，高强、高性能和高效施工技术的钢管混凝土结构，薄壁钢管混凝土结构、大管径钢管混凝土结构是将来高层钢管混凝土结构的发展方向。

参考文献:

[1]熊彬.?钢管混凝土构件有效工作机理研究[J].?广东建材.?2016(11)

[2]梁靖宜,冯兆琦,纪思源.?火灾对钢管混凝土构件的性能影响分析[J].?山西建筑.?2016(02)

[3]陈再谦,蒲黍絛,郭果,帅世界.?微型钢管混凝土构件抗弯性能数值模拟研究[J].?重庆交通大学学报(自然科学版).?2018(01)