浅谈钢管混凝土的制作与应用

摘要: 钢管混凝土结构结合了钢管和混凝土两者的优点具有较好的力学性能在工程中得到了广泛的应用。在实际的应用过程中要特别注意钢管中混凝土的配制，本文给出了混凝土的配制过程,以供参考。

关键词: 钢管混凝土；结构特点；混凝土的配制；实际工程应用

Abstract: concrete filled steel tube structure combines the advantages of both steel and concrete has good mechanical properties in engineering has been widely applied in. In the actual application process with special attention to the steel pipe concrete, this paper gives the concrete procedure, for reference.

Key words: concrete; structure; concrete; engineering application

中图分类号：TU398.9文献标识码：A 文章编号：

0.前言

钢管混凝土是在钢管中充填混凝土制成的建筑构件。钢管混凝土构件具有强度高、塑性好、施工快捷等优点，能够适应现代工程结构中大跨度、高耸、重载及在恶劣条件下施工的需要，也符合现代施工技术的工业化要求。其中钢结构在制造、使用过程中具有无污染、可再生、节能、安全等特点，符合现代绿色环保的要求，因而己成为结构工程学科发展的－个重要方向。[1][2]

1钢管混凝土的结构特点

钢管混凝土具备了钢管和混凝土两种材料的性质特点，即在钢管内充填混凝土材料。由于外钢管对管内混凝土形成的套箍作用，大大提高了混凝土的承载能力、塑性性能；改善了管内混凝土的性能，特别是高强混凝土脆性大的弱点得到克服，构件的延性性能明显改善，具有优越的抗震性能；同时把混凝土内填于钢管之内，增强了钢管的管壁稳定性，刚度也远大于钢结构，使其整体稳定性有了较大的提高。钢管混凝土结构主要应用于受压构件中，在施工过程中，钢管具有较大的刚度和强度，可以作为施工的劲性骨架；钢管混凝土结构具有较好的耐冲击能力和动力性能:由于钢管内部混凝土的比热较大，发生火灾时，混凝土能吸收大量的热量，从而延长了钢管的耐火极限，有利于钢管的抗火和防火。[3]

钢管混凝土结构的特点：（1）承载力高，由于钢管约束混凝土，同时混凝土也可以延缓或避免薄壁钢管过早的发生局部屈曲。两种材料相互弥补了对方的弱点，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能力，适用于高层建筑、大跨度桥梁等大型结构。（2）施工方便，钢管具有较好的强度和刚度，能够替代模板，可省略过支模拆模的施工过程，同时在管内不需要配筋，省去了绑扎钢筋等工序，再配合以混凝土泵送工艺，使得钢管混凝土施工极为方便、快捷。钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化要求，可以节约人工费用，降低工程造价。（3）耐火性能好，钢管混凝土内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性能优于钢结构，应用于高层结构时可降低体系的维护费用。（4）经济效益高，在钢管混凝土结构中可充分发挥钢材和混凝土两种材料的潜力，使得材料的性能得到更充分和合理的应用。实践表明，与钢筋混凝土结构相比，钢管混凝土结构可节约混凝土60～70％，减轻自重50％左右，用钢量略高或相等；和全钢结构相比，则可节约钢材50％，其工程造价也可降低45％。[4]

2.钢管混凝土构件的制作

2.1内填混凝土的试配

1.材料的选择：水泥选用42.5硅酸盐水泥，密度为3.10g/cm，水泥用量为500～550kg/m3。粗骨料选用质地坚硬、表面粗糙、粒径为5～16mm连续级配的机制石灰岩碎石，同时控制石子的最大粒径不超过16cm，表观密度为2.65g/cm，堆积密度为1480g/cm3含泥量小于0.5％，碎石的压碎指标为11.23％。细骨料为砂子，采用级配良好的中砂，细度模数为2.7，密度：2.56g/cm。外加剂为高效减水剂，高效减水剂为配制高性能混凝土的技术关键，高效减水剂的减水率在25％以上，可大幅度的提高混凝土强度，密度为3.05g/cm，使用量为水泥用量的1.4％。

2.初步配合比设计[6][5]

本试验的混凝土强度要达到C60，试配C60的混凝土

（1）确定混凝土的配制强度：

………………………………………（1）

其中可以查表得

所以

（2）混凝土的用水量

根据《特种混凝土和新型混凝土》的配制高性能混凝土时用水量选取范围可得到

（3）确定水灰比

根据《特种混凝土和新型混凝土》的配制高性能混凝土时的水灰比推荐选取范围，可以查到混凝土的水灰比选取为

（4）确定水泥的用量

水泥的用量可以得到为

（5）混凝土中高效减水剂的用量

616×1.4％＝9.24Kg/m3

（6） 砂率的确定

…………………………………….（2）

已知

取

故：

（7） 粗细骨料用量的确定

每立方米混凝土重量为2480Kg。

式中，可以得到

确定1立方米混凝土中各原料的配比

水：水泥：石子：砂子：减水剂=1:3.567:5.627:0.049

表1混凝土配合比和试验结果

把上述两组试验分别做三个10cm×10cm×10cm的试块，并在标准养护条件下养护7天及28天，测抗压强度。

2.2混凝土的制作工艺

本次试验采用的搅拌方法为水泥裹砂混凝土。水泥裹砂搅拌工艺的投料方法为先在搅拌机中投入砂子加1／3的水，搅拌1分钟，再加水泥搅拌1分钟，加入石子搅拌2-3分钟，最后加入剩余的水及外加剂搅拌2-3分钟。

2.3混凝土的浇灌和养护

钢管混凝土构件采用分五次从钢管一端加入混凝土，每次加入混凝土后在振动台上震动不少于2分钟，并且边震动边震捣，确保管内混凝土的密实，最终将端口用铁片包好，防止端口混凝土在成型之前流动，然后倒置在室内，在室温条件下养护28d以上。

2.4钢管的制作

尺寸为324×12～14、φ153×12～14、219×12～14的无缝钢管，切割完毕后应对切口进行清洁处理。

3钢管混凝土在实际工程中的应用

钢管混凝土能适应现代工程结构中大跨度、高耸、重载的结构形式，及在恶劣条件下施工的需要，符合现代施工技术中工业化的要求，因此越来越广泛的应用在单层和多层工业厂房柱、送变电杆塔、桁架压杆、桩、空间结构、高层和超高层建筑以及桥梁结构中，已取得良好的经济效益和建筑效果。

单层和多成厂房柱，和钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱显得更加轻巧，被广泛地用作各类厂房柱。地铁站台柱，地铁的站台柱承受的荷载较大，采用承载力高的钢管混凝土可以减少截面面积，扩大使用空间。高层和超高层建筑结构中使用钢管混凝土的主要优点有：构件截面面积较小，可节约建筑材料，增加使用空间；构件自重可以得到减轻，可以减少基础负担，降低工程造价；抗震性能较好；耐火性能相对于钢结构可以降低防火造价；可以采用“逆作法”或“半逆作法”的施工方法，可以加快施工速度等等。[7]

4.结论

随着经济社会的不断发展，对建筑工程工业化进度的不断要求，钢管混凝土的应用将越来越广泛。对于以建的钢管混凝土结构工程都已获得良好的经济效益和建筑效果。随着建筑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，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

韩林海.钢管混凝土结构[M].北京：科学出版社，2000

韩林海，钟善桐.钢管混凝土力学[M].大连：大连理工大学出版社，1995

钟善桐.钢管混凝土结构[M].哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1994

王强.钢管混凝土支架力学性能试验研究《安徽理工大学硕士论文》，2006

苏林王、罗巧玲 圆弧形细钢管内填C50高强高性能混凝土的试配[J]. 佛山科学技术学院学报(自然科学版)

朱宏军、程海丽、姜德民编著《特种混凝土和新型混凝土》[M] .北京：化学工程出版社，2004.3

蔡绍怀.我国钢管混凝土结构技术的最新进展[J].土木工程学报，32（4），1999.8

1.作者简介：刘珊（1993.01），女，籍贯：河北唐山，安徽理工大学地球与环境学院学生