钢管混凝土结构范文

钢管混凝土结构范文第1篇

关键词:钢管混凝土结构;优势；应用

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：

随着社会经济的迅速发展和城市化进程的加快, 高层建筑尤其是一些超高层建筑日趋增多。钢与混凝土组合结构之一的钢管混凝土，因其承载力高、刚度大且抗震性能好、节约钢材和施工简捷等突出优点，在高层和超高层、公共及大型桥梁等建筑得到了日益广泛的应用。

钢管混凝土结构特点及优势

钢管混凝土在高层建筑工程中，主要是作为受压管柱的建筑构件使用，与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。 钢管砼柱因其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。实验和理论分析证明，钢管混凝土在轴向压力作用下，钢管的轴向和径向受压而环向受拉，混凝土则三向皆受压，钢管和混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的混凝土抗压强度大大提高，同时塑性增大，其物理性能上发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料。正是这种结构力学性质的根本变化，决定了钢管砼的基本性能和特点，并作为新型的第五种建筑组合结构显示出巨大的生命力和发展前景。钢管砼的特征与优势如下：

1、钢管砼柱的抗压和抗剪承载力高，相当于钢管和混凝土二者之和的2倍以上，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。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。对混凝土来说,由于钢管约束,改变了受力性能,变单向受压为三向受压,使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说,薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外,局部缺陷特别是不对称缺陷的存在,将使实际的稳定承载力比理论值小得多。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、柱子截面减小，自重减小，相当于设防烈度下降一级，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。而对于一般钢筋混凝土柱,尤其是轴压和小偏心受压柱是难以克服的缺点。

3、钢管壁薄便于选材、制造与现场焊接，是施工最为快捷的建筑结构，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,这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单,并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架,可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利,不仅节省了大量施工中的材料,减少了施工工作量,而且大大减少了现场露天工作,改善了工作条件,同时也加快了施工、缩短工期。 4、钢管砼柱内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性优于钢柱，从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上。此外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,即使是钢筋混凝土受压构件,尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏,也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的,甚至是大量的。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。

5、钢管混凝土获得了很好的经济效果。钢管混凝土柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上，轮廓尺寸也比钢柱小，扩大了建筑物的使用空间和面积。与钢结构相比,节约了大量钢材，因而相应地也降低了造价。与钢筋混凝土结构相比,大约可减少混凝土量的一半,而用钢量大致相当。这样随之带来的优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小,减少了结构占地面积。由于省去了大量的模板,节省了大量木材,降低了费用, 钢管砼柱自重减少，减轻了地基承受的荷载，相应降低了地基基础造价，因此其取得了显著的经济效果。

二、钢管混凝土在工程中应用及效益

近年来，钢管混凝土结构的施工技术也在迅猛发展，涌现出很多新的施工工艺和施工方法，使钢管混凝土结构广泛应用于各种大型建筑工程和交通运输工程中，取得了较好的经济和社会效益。 1、高层建筑工程。据有关资料，达百米和超过百米的钢管砼结构的高层建筑已有20多座。其中最高的是深圳72层的赛格广场大厦，结构高度291.6米，堪称世界之最。这些高层建筑中采用钢管混凝土柱不仅节约材料、减轻自重、缩短工期，经济效益显著。 2、 公共建筑、工业厂房及大跨度桥梁工程 。例如南宁青秀山高尔夫俱乐部打习馆改扩建工程，项目位于青秀山风景区，拟在改造原有主体框架的同时扩建二层的办公用房。由于打习馆已投入使用，在改、扩建施工的过程中应尽量减少对原有建筑已使用部分的影响，缩短工期，同时配合整个建筑物的立面造型及风格，经多方分析比较，决定在扩建工程中采用钢-混凝土组合结构，并采取一定的施工措施，充分利用组合结构的优越性，取得了良好的技术经济效益。钢管混凝土已经被广泛地应用于拱桥结构中，也开始应用于斜拉桥结构中。 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，拱肋将承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土构件是非常合理的。另外，钢管可以做为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注混凝土的模板。因此，钢管混凝土被认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的复合结构材料。

近年来，在斜拉桥和梁式桥中也开始采用钢管混凝土结构，同样取得了良好的经济效益。例如，广东南海市紫洞大桥、湖北秭归县向家坝大桥和四川万县万洲大桥都采用了钢管混凝土空间桁架组合梁式结构，减轻了结构恒载，提了结构承载力利用系数，同时采用与之相适应的、合理的施工工艺，简化了施工程序，减少了施工设备，加快了施工进度，降低了工程造价。钢管混凝土空间桁架组合梁式结构适用于多种桥型，如系杆拱桥结构、特大跨径斜拉桥结构、特大跨径悬索桥结构等，推广其应用必将带来显著的经济效益和社会效益。

此外，钢管混凝土结构也经常用于各种设备支架、塔架、通廊与仓库支柱等各种构筑物中。北京地铁车站站台柱。在北京地铁车站站台中广泛采用了钢管混凝土柱,不仅充分发挥了其优良的受力性能,也获得美好的景观,缩短了工期。江西省体育馆的屋盖由跨度为88m的拱悬挂。拱采用箱形截面,分别用四根钢管置于箱形截面的四角,用角钢做腹杆组成了箱形截面拱。四角钢管中浇筑混凝土,以此箱形拱为依托,挂上模板,浇灌混凝土以形成钢筋混凝土箱形截面拱。这样解决了如此高大拱体现场浇筑混凝土的困难。充分体现了前述钢管可作为施工时承重骨架的优越性。这一结构,实际上是钢管混凝土与空腹桁架配钢的型钢混凝土结构的巧妙结合与新的发展。

三、结论

钢管混凝土结构范文第2篇

关键词：钢管 混凝土 现状 发展

近年来，钢管混凝土结构逐渐被应用于跨度长、荷载重、高度大的建筑结构中。钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构，它能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈服的缺点。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。

1．钢管混凝土结构的研究现状

20世纪60年代之前，钢管混凝土结构的研究对象主要是圆钢管混凝土结构。从60年代后半期以后，开始比较系统地研究矩形钢管混凝土结构。目前，圆钢管混凝土结构的研究已经取得了丰硕的成果，很多国家制定了相应的设计和施工规范或规程，如欧洲标准EC4（1996）、德国标准DIN18800（1997）、美国标准ACI319－89、SSLC（1979）和LRFD（1997）、日本标准AIJ（1980，1997）。在我国，钢管混凝土结构的研究主要集中在圆钢管中填充素混凝土的内填型圆钢管混凝土结构，最早开展研究工作的是原中国科学院哈尔滨土建研究所。1968年以后，中国建筑科学研究院、冶金部冶金建筑科学研究院等单位也先后对钢管混凝土基本构件的工作性能、设计方法、节点构造和施工技术等方面展开了系统的研究。进入80年代后，研究工作进一步深入，通过大量的试验研究和理论分析，对构件的承载力和变形性能及其影响因素进行了全面的研究，得到了实用的设计计算公式。与此同时，钢管混凝土结构的施工技术也在迅猛发展，涌现出很多新的施工工艺和施工方法，钢管混凝土结构的优势得到了更加充分的发挥。近十几年来，我国钢管混凝土结构的科学研究和工程应用都取得了令人瞩目的成就。目前已经先后有国家建材局、中国工程建设标准化委员会、国家经济贸易委员会和总后勤部颁布发行了有关钢管混凝土结构的设计规程。为钢管混凝土结构在我国的推广奠定了坚实的基础，使钢管混凝土结构广泛应用于各种大型建筑工程和交通运输工程中。

2．钢管混凝土结构发展方向

2.1 高强度材料的应用

采用高强混凝土可以减轻结构自重、降低工程造价。随着混凝土强度的提高，其延性下降，这阻碍了它在实际工程中的应用。将高强混凝土灌入钢管中形成高强钢管混凝土，由于受到钢管的约束作用，混凝土处于三向受压状态，其延性将大为提高，而其构件的承载力也得到了相应的提高。因此，高强钢管混凝土具有很大的发展潜力。

2.2 节点动力性能的研究

节点是结构设计中的关键部位，也是施工的难点。对于钢管混凝土节点，其合理与否直接关系到结构的安全性和整个工程的造价。钢管混凝土节点可以分为两种；钢管混凝土柱与钢筋混凝土梁的连接节点和钢管混凝土柱与钢梁的连接节点。目前，国内对于钢管混凝土节点静力性能的研究较多，而对于节点动力性能的研究报导还较少。

2.3 耐火性能的研究

我国还没有制定针对钢管混凝土结构的防火规定。对于已经建成的钢管混凝土结构，有的采用钢管混凝土结构外包混凝土，有的按照钢结构的要求涂防火材料，都没有统一规定和科学的依据。近年来，国内学者就钢管混凝土的耐火性能问题进行了研究，已经取得了可喜的成绩，但形成规范还需时日。

2.4 钢管混凝土结构体系抗震性能的研究

在对采用钢管混凝土柱及钢筋混凝土柱的框架结构进行了抗震性能的对比试验研究后发现，钢管混凝土框架结构的抗震性能明显优于钢筋混凝土框架结构。但目前对钢管混凝土结构抗震性能的研究，主要还是集中在基本构件方面，而对于钢管混凝土整体结构的抗震性能的研究还不多。应开展这方面充分的研究，以提供合理的抗震设计参数，便于工程应用。

3．结束语

与钢筋混凝土结构和钢结构相比,钢管混凝土结构是一种相对新的结构形式。但钢管混凝土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,施工工艺的提高和高性能材料的应用,钢管混凝土结构应用范围将不断扩大,将是结构工程科学的一个重要发展方向。

参考文献：

1.王立方.自应力钢管混凝土研究.北京工业大学学报；1998年02期

钢管混凝土结构范文第3篇

关键词：钢管混凝土；发展状况；特点；问题；应用；

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：

0 引言

钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土，将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构， 它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。钢管混凝土作为一种结构构件形式最早在十九世纪八十年代被设计应用做桥墩，然后随着科学技术的提高使它的应用范围得到了很大的扩展。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形截面钢管混凝土结构、圆形截面钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等， 其中矩形截面钢管混凝土结构和圆形截面钢管混凝土结构应用较为广泛。

1 钢管混凝土结构在国内外的发展状况

钢管混凝土的发展起源于1897 年美国人Lally 在圆钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱，至今已有110多年的历史。1930年，法国在巴黎郊区建造了一座跨度达9 m的上承式钢管混凝土桥。1937年，前苏联列宁格勒建造了横跨涅瓦河的跨度为101 m的下承式钢管混凝土拱桥。1939 年，前苏联在西伯利亚建成了跨度140 m 的上承式钢管混凝土铁路拱桥。在我国，最早开展对钢管混凝土基本理论研究的是中国科学院哈尔滨土木建筑研究所[1]。此后，国内的中国科学研究院、哈尔滨建筑大学、电力工业部电力研究所及北京地下铁道工程局等单位都先后对钢管混凝土结构的基本构件的设计方法、节点构造和施工技术等开展了系统的研究，并取得了可喜的成果。

2 钢管混凝土结构的特点

钢管混凝土结构充分结合了混凝土抗压性能好和钢材抗拉性能好的特点，具有承载力高、塑性和韧性佳、耐火性和抗震性能好、施工简便、经济效果好等多种优点。

2.1 承载力高

在钢管中填充混凝土，随着受压荷载的增大，钢管由弹性工作状态进入塑性工作状态。钢管混凝土构件受压时，由于产生紧箍效应，核心混凝土处于三向受压应力状态，其强度大大提高，钢管延缓和避免了过早发生局部屈曲，因而受压构件的承载力大大提高，而且使它由脆性变为塑性很好的材料。钢管和混凝土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。

2.2 塑性和韧性好

混凝土脆性较大，对于高强度混凝土更是如此，其工作的可靠性大为降低。但受压钢管混凝土构件中的核心混凝在钢管的约束下，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。试验表明：钢管混凝土轴心受压短柱破坏时，可以被压缩到原长的2/ 3，仍不呈现脆性破坏的特征。

2.3 良好的耐火性

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，外部钢管虽然升温较快，但内部混凝土升温滞后，仍具有一定的承载能力，因而增加了钢管的耐火时间。相对于传统钢结构，节约了大量的防火涂料，同时减小了结构倒塌的危险。

2.4 良好的抗震性

钢管和混凝土之间的相互作用使内填混凝土的破坏由脆性变为塑性，构件的延性明显改善，耗能能力显著提高。在受到压弯反复荷载作用下，钢管混凝土结构基本不发生刚度退化和强度衰减现象，且不发生局部屈曲。与钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱的自重大幅度较小，地震作用引起的地震反应也将减小。

2.5 经济效果好

由于结构施工时，不需要模板，节省了材料和时间，钢管混凝土可以很好地发挥钢材和混凝土两种材料的优点，使材料得到更为充分和合理的利用，因此具有良好的经济效益。

3 钢管混凝土结构存在的问题

目前，国内外学者对钢管混凝土结构的研究虽已取得一系列的重要成果，但为了更好地推广使用钢管混凝土结构，还应注意其发展中的技术问题和工程应用中的不足之处。

3.1 钢管混凝土在技术分析中的不足之处

（1）在承载力计算时，假设钢管混凝土为理想弹塑性体，这对抗震能力较好的钢管混凝土构件是不合理的；

（2）假设把钢管普通强度混凝土和高强度混凝土机械地分割开来进行研究；

（3）根据定值侧压力的试验测试，得到纵向承载力与侧压力的关系来确定钢管混凝土的承载力，这与核心混凝土的实际工作状态不符；

3.2 钢管混凝土在工程应用中不足之处

（1）从钢管混凝土的使用量来看，数量有限，还仅限于柱、桥墩、拱架等部位，少有使用钢管混凝土梁的先例。这是因为梁一般都做成矩形，但矩形钢管混凝土的受力比较复杂，而且构造要求繁琐，经济效益不佳。

（2）从构件连接来看，当混凝土梁与钢管混凝土柱连接时，必须借助于柱上的牛腿和加强板。如果采用明牛腿可能会在美观上受到影响；如果用暗牛腿，又会给浇灌混凝土带来不便，影响施工进度。

4 钢管混凝土结构的应用

早在19世80年代，钢管混凝土结构就已经被应用。例如，1879年英国塞文（ severn） 铁路桥的建造中使用了钢管桥墩，在钢管中灌筑混凝土；前苏联乌拉尔的伊谢特铁路桥采用钢管混凝土构件做拱形桁架的上弦和上部建筑的柱子；日本、瑞士等国在输电跨越塔中采用钢管混凝土结构。

钢管混凝土结构技术的开发和应用在我国已有近40 年的历史，1966 年钢管混凝土结构应用于北京地铁站工程；20世纪70年代成功应用于单层工业厂房、重型构架中；近10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。

4.1 高层和超高层建筑工程中

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。仅十年时间，就从局部柱子采用钢管混凝土发展到大部分柱子采用，又发展到全部柱子采用，由在近百米高度的高层建筑中发展到近三百米高度的超高层建筑所采用，发展前景广阔。例如：我国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。

4.2 大跨桥梁工程中

钢管混凝土是一种高强轻质且便于施工的高效结构材料，其单位重量的承载力与钢材接近，甚至可能比钢材还强；其钢管可以充当安装架设阶段的劲性骨架、灌注混凝土阶段的模板和钢筋，以及具有对核心混凝土的套箍约束等多种功能，较全面地解决了桥梁结构所要求的用料省、安装重量轻、施工简便、承载力大等诸多矛盾。钢管混凝土已被公认为是一种建造大跨度桥梁的比较理想的结构材料。

5 结语

综上所述，与钢筋混凝土结构和钢结构相比，钢管混凝土结构是一种相对年轻的结构形式。但它突出优点更适合我国的国情，钢管混凝土能够适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的需要，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工业厂房、高层和超高层建筑、拱桥和地下结构中，并已取得良好的经济效益和建筑效果，是结构工程科学的一个重要发展方向。随着其理论研究的深入和完善，施工工艺的提高和高性能材料的应用，钢管混凝土也将继续广泛地用于各种建筑结构中。此外，近年来在多层、高层民用住宅建筑中也已开始采用钢管混凝土柱和钢梁组成的框筒(剪)结构体系，并且经济效益显著。

参考文献

[1]翰林海.钢管混凝土结构[M].北京科学出版社,2012.

[2]赵惠麟.板片空间结构体系的结构原理及工程实践[J].工程力学,2011(S1):61–65.

钢管混凝土结构范文第4篇

关键词：钢管混凝土；抗震性能

Abstract: this article briefly discusses the steel tube concrete component, beam-column joints, space truss dynamic performance and the frame structure research conclusion, and puts forward the problems to be solved.

Keywords: steel tube concrete; Seismic performance

中图分类号：TU399文献标识码：A

自上世纪八十年代后期开始，钢管混凝土逐渐用于高层建筑中，从局部采用到整体采用，发展十分迅速，是因为它具有一系列的优点：承载力高，抗压和抗剪性能好，可以减小柱的截面尺寸，节约建筑材料，增加建筑空间；塑性和韧性好，抗震性能优越，延性好，耐火性能好；钢管取材容易，制作工厂化，施工安装方便，符合现代化施工技术的要求。

在发生地震时，由于钢管的约束作用，混凝土不发生剥落或崩裂，使混凝土优越的抗压性能得以充分发挥，同时钢管本身又具有良好的抗拉性能，因此钢管混凝土具有很好的抗震性能。为了使钢管混凝土能够安全可靠的用于高层建筑，必须对其抗震性能进行全面深入的研究。

1 钢管混凝土构件在反复荷载作用下的和滞回性能和延性[1]

当钢管混凝土构件用于地震区的建筑物时，为了防止建筑物受到地震作用的破坏，需进行抗震设计规范中规定的结构弹塑性地震反应分析。因此，研究钢管混凝土构件的滞回性能，确定滞回曲线模型，作为结构弹性地震反应分析的基础。

研究构件在反复荷载作用下的滞回性能，一般在框架体系中取出一根柱子，两端固定，在上端受定值N轴心力和反复水平力P的作用，然后取出下半根柱子，在N和P的作用下，进行试验，以获得和滞回曲线。

钢材的本构关系采用双线型模型，近似的模拟了钢材的弹塑性阶段，把塑性阶段和强化阶段简化为一条斜直线。混凝土的本构关系采用边界面模型，根据此模型，对混凝土在各种荷载作用下的荷载-应变关系做了计算比较，和试验结果吻合良好。

根据有限元方法，单元采用八节点等参单元，采用位移加载法，对构件进行试验和分析得到的典型骨架曲线和滞回曲线，无下降段，曲率延性极好，从这一点看，钢管混凝土构件的抗震性能胜过钢结构。滞回曲线很饱满，位移延性和耗能性能都很好。

2 钢管混凝土框架梁柱节点的抗震性能

钢管混凝土结构的梁柱连接节点形式主要有外加强环式、内隔板式、全焊接连接、栓焊混合连接和锚定式连接等。

哈尔滨工业大学张大旭[2]等对加强环式节点进行了试验研究，其设计了两组梁柱节点，一组考察了梁端发生破坏时节点的动力性能，另一组考察在削弱核心区情况下节点核心区发生破坏时节点的动力性能，试验结果表明钢管混凝土梁柱节点具有较高的抗剪承载力和良好的抗震性能。

山东建筑工程学院周学军和曲慧[3]对栓焊混合连接和全焊接连接在低周往复荷载作用下的抗震性能进行了试验研究，通过三维实体建模，利用非线性有限元方法研究了两种节点的滞回性能，并对两种节点形式的抗震性能进行了比较，结果表明全焊接和栓焊混合连接的方钢管混凝土框架梁柱节点在低周往复荷载作用下的滞回环相当饱满，节点的耗能比和延性系数都较大；全焊接连接节点的抗震性能优于栓焊混合连接节点的抗震性能。

内隔板式节点是钢管混凝土体系中研究和应用最广泛的节点形式之一。西安建筑科技大学王先铁[4]等通过低周反复加载试验对3个内隔板一面贯通式节点进行了试验研究，研究了不同轴压比情况下节点的滞回性能、强度及刚度退化、延性、耗能性能及破坏特征。试验结果表明试件的层间位移延性系数为2.11~2.32，峰值荷载时的能量耗散系数为1.141~1.502。在保证节点加工质量的前提下，内隔板一边贯通方钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点可以替代传统的内隔板式节点。

3 钢管混凝土空间桁架的动力性能

到目前为止，很多钢结构高层建筑都采用整浇的钢筋混凝土内筒来抵抗地震作用和风荷载。这种混合结构体系虽具有节约钢材，造价较低的优点，但也存在一些问题：1）钢筋混凝土内筒和钢框架的抗弯刚度相差悬殊，在风荷载与地震作用下抗弯时，不能满足平截面假设：为此，必须沿高度设置一定数量的刚伸臂，既浪费钢材，又增加了结构的复杂性。2）在强大的侧向荷载作用下，内筒难免开裂，刚度将迅速下降的这一问题尚无足够的研究。3）内筒必须从基础开始，自下而上现场浇灌混凝土，致使地下室部分工程不能采用全逆作法施工，常成为高层建筑施工进度的滞后部分，影响建造速度；4）内筒自重很大，增加了基础的负担，提高了工程造价。

钟善桐，张文福，屠永清[1]等结合工程进行了一个模型试验，中心为8根钢管混凝土柱组成的空间桁架体系内筒，每两根钢管混凝土柱加横杆组成的平腹杆多层框架，共4片；再用人字形斜腹杆缀材将4片多层框架相连，组成8边形空间体系，实际上是混合结构体系，由框架及桁架体系组成。对该体系进行的伪动力试验，结论如下：钢管混凝土空间析架，虽然因灌注混凝土增大了质量，但阻尼增大更多，因而地震反应反而比空钢管体系低；滞回曲线饱满，反映具有良好的延性和吸能能力；滞回曲线稳定性好，无明显的刚度退化现象；即使体系中的桁架腹杆，大批的压屈和屈服而退出工作，剩下的框架体系仍能继续承受几乎增加一倍的水平荷载。由此可见，采用钢管混凝配合空间桁架作抗侧力内筒，具有良好的抗震性能。

4 钢管混凝土框架结构的抗震性能

广州大学工程结构抗震中心黄襄云[5]等分别将试验模型的钢管混凝土框架结构的钢管柱按等强度（EA相等）换算为钢筋混凝土结构，换算后的钢筋混凝土柱的直径为（164mm）；按等刚度（El相等）换算为钢筋混凝土结构，换算后的钢筋混凝土柱的直径为144mm；等直径换算后的直径仍为102mm。通过SAP2000程序，对钢管混凝土结构和上述3种换算的钢筋混凝土结构的抗震性能进行了比较研究，以综合评定钢管混凝土结构的抗震性能。

从理论上分析比较了两种结构的动力特性、多种地震波输入下的结构加速度反应和位移反应，得到如下的结论：当钢筋混凝上结构的抗弯刚度与钢管混凝土的相等时，此时钢管混凝上结构柱承担的轴向压力比钢筋混凝上结构的大，两种结构的地震反应剪力和位移基本相同，但钢管混凝土结构体系的反应加速度较小，层间位移也较小，钢管混凝上结构体系的抗震性能优于钢筋混凝土结构体系。

当钢筋混凝土结构的强度与钢管混凝上的相等时，钢筋混凝土结构承担的轴向压力与钢管混凝土结构的相同、直径却是后者1.61倍，钢管混凝土结构体系地震反应加速度和剪力均比钢筋混凝土结构减小许多，但钢管混凝上结构体系的位移和层间位移却有所增大、但小于等刚度换算时的层间位移值。

当钢筋混凝土结构柱的直径等于钢管混凝土结构的直径时，两者的地震反应加速度接近相等，钢管混凝上柱结构的剪力、位移和层间位移均比钢筋混凝土结构的小，钢管混凝土结构的抗震性能明显优于钢筋棍凝土结构。此时，钢筋混凝上结构的层间位移和结构顶点位移均达到或超过了限值。

5 结论

综上所述，钢管和混凝土之间的相互作用使内填混凝土的破坏由脆性变为塑性，构件的延性明显改善，耗能能力显著提高。在压弯反复荷载作用下，钢管混凝土结构的吸能性能好，基本无刚度退化和强度衰减现象，与不发生局部失稳的钢构件基本相同，且无局部屈曲发生。与钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱的自重大幅度减小，地震作用引起的地震反应也将减小。高层建筑中采用钢管混凝土柱和钢梁等结构体系比采用钢筋混凝土结构自重可以减少1/3-1/2，地震作用可以减小一半，相当于设防烈度下降一度。

有待解决的问题：

1）钢管混凝土柱节点力学性能的研究问题。至今仍没有一套完整的计算理论和设计方法，现有大多数是依靠经验和试验结果进行截面设计的，这不利于结构的可靠度控制。

2）环境温度对钢管混凝土性能的影响问题。如何确定钢管混凝土构件在火灾、均匀或非均匀升温下的力学性能的影响，并将这种影响引入其强度和温度挠度的量化公式中。

3）核心混凝土的徐变对钢管混凝土承载力的影响问题，各国学者对该问题的看法很不一致，至今仍处于试验阶段。为确保钢管混凝土结构的安全使用，有必要进行深入的研究。

参考文献：

[1] 钟善桐，张文福，屠永清，等．钢管混凝土抗震性能的研究[J]．建筑钢结构进展，2002，4（2）：3-15．

[2] Beute J，Thambriatnam D，Perera N．Cyclic behaviore of concrete filled steel tubular column to steel beam connection[J]．Engineering Structure，2002，24：29-38．

[3] 周学军，曲慧．方钢管混凝土框架节点在低周往复荷载作用下的抗震性能研究[J]．土木工程学报，2006，39（1）：38-42．

[4] 王先铁，郝际平，孙彤，等．新型方钢管混凝土梁柱节点抗震性能研究[J]．重庆建筑大学学报，2007，29（2）：73-77．

钢管混凝土结构范文第5篇

【关键词】预应力；钢管混凝土；空间结构；应用；发展方向

在当前的社会发展中，多层、高层建筑以及一些特殊结构的工程不断涌现，加快了城市化的进程，在这些建筑工程施工过程中，施工人员往往会将钢管混凝土结构应用在其中，并且取得了非常好施工效果。但是由于钢管混凝土结构的抗压承载力较大，具有塑性与韧性等特点，因此我们只能够将其应用在柱的施工当中。就算将其作为柱进行施工，如果其长细比大于90，那么同样会导致钢管混凝土出现失稳的现象，这就无法充分发挥其特点，甚至丧失。因此，我们应该怎样将其更好的应用在建筑工程当中。根据相关研究者的研究发现，我们可以将钢管混凝土的特点与预应力技术的特点相结构，从而形成一种新的结构体系，这也就能够在建筑工程中得到广泛的应用。

1.预应力钢筋混凝土结构的优点

由于预应力钢筋混凝土结构是将预应力技术与钢筋混凝土结构相结合而形成的一种新的结构体系，因此它具有预应力技术的优点以及钢筋混凝土结构的优点，除此之外，它还具有以下几点优点：（1）在建筑工程施工过程中，通过预应力技术可以将建筑物的荷载进行一定的传递，避免建筑物的变形；（2）可以在一些内力较大的杆件上施加一定的预应力，以此来分担建筑工程中某一部分的内力；（3）施工人员可以对桁架或者钢网架施加一定的预应力，这样可以调整建筑结构的内力，使其受力更加均匀；（4）通过预应力钢管混凝土结构可以有效的提高结构的刚度与振动频率，提高建筑结构的承载力，防止建筑结构变形。

我们将预应力网架与普通网架进行初步对比发现，预应力网架具有明显的优越性，通过它能够有效的节约钢材与成本；我们再将预应力钢管混凝土空闻桁架与普通钢屋架相对比，结果发现，前者比后者节约的钢材为60～70%，成本费用节约了40～55%。

2.预应力钢管混凝土结构的形式以及种类

2.1预应力钢管混凝土的分类

首先，根据预应力钢管混凝土的截面形式分类可以将其分为圆铜管混凝土、方钢管混凝土、空心钢管混凝土以及多边形钢管混凝土三种类型。其中圆钢管混凝土是建筑工程中最为常见的一种。在其施工过程中，我们只需要在管内浇筑一定的素混凝土，而不需要在其中配置相应的钢筋，正因为施工简便，因此受到相关研究者的广泛关注。

其次，根据预应力钢筋混凝土的结构形式可以将其分为单截面构件式、复合结构式以及预应力组合式等。

最后，根据预应力钢筋混凝土的内填混凝土的种类可以将其分为以下几种类型，主要包括普通钢管混凝土、轻骨料钢管混凝土、高强钢管混凝土等。

2.2预应力钢管混凝土的形式

（1）首先，我们需要将预应力筋直接放置到钢管内，并且在其中加入适量的内隔板或者混凝土，使之成为一个预应力钢管混凝土的上构件。通过该构件不仅能够有效的提高其抗压能力，还能够提高其抗拉能力。施工人员一般将其构件应用在轴压构件当中。其次，我们需要将这一构件当做预应力钢管混凝土的芯柱，然后将其配置在量的受压区域，这样可以有效的提高抗弯能力，并且可以改善其延伸性。如果我们将这一构件应用在高层建筑当做作为柱，可以有效的提高整个建筑物的刚度以及稳定性。

为方便施工，常将预应力筋放于管外，形成撑扦式预应力钢管混凝上柱。施加预应力束后，撑杆对构件产生扭转约束和线位移约束，从而提高其临界压力和稳定性。常用于桅杆结构中，如电视塔、玻璃幕墙承重骨架的竖向压杆等。

（2）当构件承受弯矩时，可根据弯矩分布图形，配置曲线（偏心直线）预应力束，就像普通预应力混凝土结构一样。若弯矩较大或为方便施工，可将预应力束配置在体外。配束的原则是获得最大的反向弯矩及最小的轴向压力。理论上虽可使钢管混凝土受弯构件变成轴心受压构件.但一般很难完全抵消外弯矩，故只能使构件由受弯改变为压弯构件.充分利用钢管混凝土的受压特性和预应力束的高强抗拉特性，获得良好的经济效益。

（3）拱架结构。拱架结构的拱主要承受轴向压力，当跨度较大和荷载较重时采用钢管混凝土是十分合理的。若结合平面转体施工法或钢束吊挂施工法，可充分发挥钢管混凝土的优点，将结构用钢与施工用钢统一起来.解决了施工时的结构强度和刚度之间的矛盾：在拱架的下弦配置高强预应力束.与压拱组成无推力（或小推）拱架结掏体系，做成内超静定外静定的结构。

（4）平面桁架中的上下弦。大跨度或重载的桁架结构中.上弦为压杆，下弦为拉杆.是主要的控制截面、一般桁架的高度为跨度的1/4～1/6，用很大的高度满足变形刚度的控制要求。

根据预应力钢结构的概念，可在局部或F弦部位设置高强预应力束并张拉，同时上弦杆内浇筑高性能混凝土，形成预应力钢管混凝土桁架，可提高其竖向承载力，减少变形并降低桁架的矢高.达到节约造价、降低层高、增强耐久性和防止压杆失稳等目的。

节点连接以采用相贯节点为佳，但存在的问题是相贯线加工和焊接技术难度大，会增加造价；节点上受力复杂，节点的受力不单纯靠钢管壁传力，而是钢按钢结构传力，混凝土按混凝土传力，使节点强度增强。

（5）空间体系中的压杆。将平面问题推广至空间体系中，自然形成了预应力钢管混凝土空间结构体系。在大跨度和体形复杂的结构体系中，钢管结构占有绝对的优势。纵观国内外大型大跨度建筑，基本均采用空间钢管桁架结构外盖轻屋面材料。这种体系中顶应力束有着十分良好的效果和作用。

（6）预应力钢管轻混凝土结构。为降低结构自重，可在管内灌筑轻质高强混凝土，形成预应力钢管轻混凝土结构。一般灌筑煤矸石混凝土或陶粒混凝土或浮石混凝土，其自重约为普通混凝土的一半。

3.结束语

预应力钢管混凝士结构是现代结构今后发展的重要方向。通过对它的深入研究，可搞清预应力钢管混凝土结构的受力变形特性和破坏机理.建立计算理论和设计分析方法，从而开拓这一新型复合材料组合结构的应用领域，并为预应力结构、复合材料和组合结构等计算理论增掭新的内容，可揍推动建筑结构、空间结构、桥粱结构等向大跨、大空间、重载、动载方向发展，并大幅度地简化施工和降低造价。

【参考文献】

[1]徐文平，徐金法.预应力钢管混凝土组合结构探讨[J].建筑技术，1998（05）.

钢管混凝土结构范文第6篇

关键词：钢管混凝土结构；抗震性能；承载力

Abstract: Concrete filled steel tube structure has a series of advantages, has been made in research and application of the results attract people's attention in recent years at home and abroad, this paper introduces the characteristics of steel pipe concrete structure, discusses the current research of the concrete filled steel tube at home and abroad, and discusses the steel tube concrete structure development prospect.

Key words: concrete filled steel tube structure; seismic performance; bearing capacity

中图分类号：TU375文献标识码：A

引言

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。

钢管混凝土结构的优点

（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）、具有良好的塑性和抗震性能。在钢管混凝土构件轴压试验中，试件压缩到原长的2/3，构件表面已褶曲，但仍有一定的承载力，可见塑性非常好。钢管混凝土构件在压弯剪循环荷载作用下，水平力与位移之间的滞回曲线十分饱满，表明有很好的吸能能力，基本无刚度退化，它的抗震性能大大优于钢筋混凝土。

（3）、经济效果显著。和钢柱相比，可节约钢材50%，降低造价45%；和钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土约70%，减少自重约70%，节省模板100%，而用钢量约略相等或略多。

（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）、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。

钢管混凝土结构的缺点

（1）、使用范围有限。从现已建成的众多建筑来看，钢管混凝土的使用范围还仅限于柱、桥墩、拱架等。目前还很少有使用钢管混凝土梁的先例。这是因为梁一般都做成矩形，而矩形的钢管混凝土受力比较复杂而且构造要求繁琐，经济效益不佳。

（2）、钢管混凝土结构的梁柱节点一直是工程应用和研究的关注点。虽然不少规程和研究者提出了一些节点形式，但应尽快纳入设计规程，为钢管混凝土结构的推广应用提供一定基础。

（3）、钢管混凝土构件进行施工时，一般都是先安装空钢管结构，这时空钢管单独承受施工荷载，浇灌混凝土时又会在空钢管内产生动压力，可能导致在钢管局部产生压力集中现象，严重时可使钢管胀裂。所以应对钢管混凝土施工力学问题进行深入系统的研究以提供合理的施工工艺和预防措施。

钢管混凝土结构的发展

在过去的几十年里，研究者们已对钢管混凝土构件在各种荷载，如压、弯、扭、剪及其组合作用下的力学性能及钢管混凝土构件的动力性能进行了大量的理论分析和试验研究，取得了丰硕的研究成果。目前，世界上许多国家都有了自己的设计规程。

钢管混凝土是在劲性混凝土和螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的。最初的研究对象是圆钢管混凝土，已取得大量的研究成果，并广泛应用于高层建筑、工业厂房、桥梁等工程中。由于钢管混凝土具有以上优点，因而已受到国内外一些研究人员的重视，取得了一定的研究成果并在一定程度上得到应用，但有关的设计规程尚不够完善，还有待于更深一步的研究和完善。

国外对钢管混凝土的研究开展的比较早。1901年，Swell JS发表了第一篇有关钢管混凝土柱应用的文章。1902年法国的Conidere发现横向箍筋约束产生的侧向压力可以提高构件的竖向承载力，为钢管混凝土的应用提供了理论依据。1931年开始，前苏联以苏联中央建筑科学研究院为首，进行了钢管混凝土柱的试验研究，上世纪三十年代末前苏联采用钢管混凝土结构建造了跨度为140米的铁路桥以及跨度为100米的公路桥，并陆续出版了有关钢管混凝土方面的专著。与此同时，欧美与日本等一些国家和地区也相继对钢管混凝土进行了研究。

我国钢管混凝土结构技术的开发和应用已有近40年的历史。1966年钢管混凝土结构应用于北京地铁站工程，20世纪70年代在单层工业厂房、重型构架中得到了成功的应用。近10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。我国采用或部分采用钢管混凝土的高层建筑主要有:福建泉州邮电大厦(高87.5m、福建厦门阜康大厦(高86.5m)、福建厦门金源大厦(高96.0m)、福建福州侨益大厦(高115.7m)、天津今晚报大厦(高137m)和广州的好世界等。我国用于超高层的最大建筑为深圳赛格广场，共70层，地上部分高为278.8m，计入裙房15.5万m2。

钢管混凝土在我国高层建筑结构中的应用发展如此之快，主要是由于钢管混凝土用作高层、超高层结构的柱和抗侧力体系时具有许多优点：

（1）、构件截面小，节约了建筑材料，增加了使用空间，且构件自重较轻，从而减少了基础的负担，降低了基础的造价。

（2）、抗震性能好；

（3）、耐火性能优于钢结构，降低了防火造价；

（4）、可采用逆作法或者半逆作法的施工方法，从而大大加快施工速度等。

图1钢管混凝土在桥梁中的应用

钢管混凝土结构研究的发展方向

（1）、高强度材料的应用；（2）、节点动力性能的研究；（3）、耐火性能的研究；（4）、钢管混凝土施工方面的研究；（5）、预应力钢管混凝土方面的研究等。

结论

综上所述,我们不难发现尽管钢管混凝土结构在许多方面还存在着这样那样的弊端和问题,但是它的优点大大多于缺点,确实是其它结构形式所不及的。随着科技水平的不断提高及新材料的出现,我相信钢管混凝土的弊端会被进一步改善,优点充分体现出来,成为一种更完善的结构形式。

参考文献：

1. 钟善桐. 钢管混凝土结构.哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1994.

2. 蔡绍怀. 钢管混凝土结构的计算与应用.北京：中国建筑工业出版社，1989.

3. 李俊峰. 浅谈钢管混凝土结构的应用与优缺点，宝钢科技，2001，27(3)：92-95.

钢管混凝土结构范文第7篇

【关键词】 钢管混凝土 工程应用 热点

中图分类号： TU37 文献标识码： A

钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构, 它是在型钢混疑土及螺旋配筋;邑疑土的基础上发展起来的。钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点, 同时克服了钢管结构容易发生局部曲屈的缺点, 具有承载力高 、塑性和韧性好、 节省材料、方便施工的特点。

1 钢, 混凝土结构特点

1. 1 承载力高、地胜好、抗襄性能优越

由于钢管混凝土柱中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, 同时钢管内部的混授土又可以有效的防止钢管发生弯曲, 所以钢管孚 昆疑土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和;哪疑土柱承载力之和"钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏变为塑性破坏, 构件的延性性能明显改善, 耗能能力大大提高, 增强了抗展性能。

钢管混凝土短柱轴心受压试验表明, 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。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, 仍有约5 % 的承载力, 用捶敲击后才粉碎脱落。抗艘性能是指在动荷载或地展作用下, 具有良好的延性和吸能性。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采用很厚的钢板以确保局部稳定性。

1. 2 施工方便, 工期大大缩短

钢管混凝土柱采用板材卷制而成, 板材厚度都不大, 一般在4 0 毫米以内, 无论工厂焊接和现场对接都没有什么困难。因而制造比较简单, 同时构件自皿较小, 运输和吊装也比较简单。钢管还可以作为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重, 给施工带来许多方便。同时由于钢管混凝土内部没有钢筋便于混凝土的浇筑和捣实"钢管本身就是耐侧压的棋板, 所以钢管混凝土结构施工时不铸要模板, 既节省了支模拆模的材料和人工费用也节省了时间。在混凝土浇筑方面现在大多采用“高位抛落不振捣混凝土”的施工方法, 也有在管柱下部开临时浇灌孔用5留疑土泵自下而上灌注混凝土的方法, 靠混凝土自身重t 达到密实"在浇筑混凝土后钢管内处于相对稳定的湿度条件, 水分不易蒸发简化了养护工序, 使施工不受混凝土养护时间的影响。

1.3 有利于钢管的抗火和防火

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且传递给混凝土而降低。经试验统计数据表明二达到一级耐火3 小时要求和钢柱相比可节约防火涂料 1/3一2/ 3 甚至更多, 随着钢管直径增大, 节约涂料也越多。

1.4 耐腐恤性能优于钢结构

在钢管混凝土结构中由于钢管中浇筑了混凝土使钢管的外嚣面积减少, 受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多, 所以抗腐蚀和防腐所藉费用比钢结构节省。

2 钢管混凝土结构的工程应用

2. 1 地铁车站工程

地铁车站是我国垠早采用钢管混凝土结构的工程项目。早期的地铁车站是深埋地下的多跨结构, 用明挖法施工采用钢管混凝土柱主要是利用其承载力高的特点, 以减小柱子的截面尺寸, 有效利用空间。近年来, 在城市中心地区修建的地铁车站多为浅埋式的, 其有综和功能的多层地下建筑。多采用“盖挖逆作法”施工, 以减少对城市正常生活的干扰以及刘地面文通和临近建筑的影响。“盖挖逆作法”是先施工地下结构的顶盖, 然后在顶盖的保护下进行开挖"按照从顶到底的顺序进行施工"为此必须在土方开挖前设置好顶盖的中间支撑柱, 钢管混凝土柱将施工阶段的临时柱和结构的永久柱和二为一, 因此是最好的选择"例北京地铁的付八线工程中采用“盖挖逆作法”建成了“天安门东站”、“永安里站”、 南京地铁的“三山街站”、“新街口站”等。

2 .2 高层建筑工程

在高层建筑结构中, 钢管混凝土柱其有非常大的优势: 具有承载力高抗及性能好的特点。能很好的解决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的“胖柱” 问题和高强钢筋混凝土结构中脆性破坏问题; 也可以取代钢结构体系中的钢柱, 以减少钢材用t 提高结构的抗侧移刚度"全部采用钢管混凝土柱的工程可采用“全逆法” 或“半逆法”进行施工"进而加快进度取得较好的经济效益。

钢管涅凝土在我国高层和超高层建筑中的应用发展很快, 经历了由局部柱子采用, 到大部分柱子采用, 遥后发展到全部柱子采用的过程"在工程实例中局部采用钢管混撅土柱子的高层建筑有: 北京世界金融中心大厦 (120 m )、 广州新中国大厦 ( 2 0 1. 8 m )、 深圳市邮电信息中心大厦、 天津工商银行办公大楼; 全部柱子采用的有: 厦门金源大厦( 9 6.1 m ) 、 天津今晚报大厦 (13 7 m )、深圳赛格广场大厦 (291.6m )等, 都取得了很好的效果。

2.3 单层与多层工业厂房柱

单层工业厂房的柱属于偏心受压构件, 为了充分发挥钢管混凝土结构的特点, 很多工程中的柱子设计成格构式组合柱, 如双肢柱、三肢柱、四肢柱, 把偏心弯矩转变为轴心力。1980 年建成的太原钢铁公司一轧第二小型厂的下柱为双支柱 ; 1982年建成的吉林种籽处理车间采用了三肢柱。与钢筋混凝土柱和普通钢柱相比钢管混凝土柱显得特别轻巧, 节约钢材, 施工简便, 截面明显减少同时刚度好。

多层工业厂房中采用钢管混凝土柱时, 柱基本为偏心受压的单管柱。如2 00 7 年建成的冀东水泥集团丰润三期水泥厂窑尾预热器车间,2 00 6 年建成的敬业集团钢铁公司7 # 、8 # 的高炉本体车间等。

2.4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, 拱肋将承受很大的轴向压力, 采用钢管混凝土是非常合理的。另外钢管可以作为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和滋注混凝土的模板。因此钢管混凝土被认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的复合结构材料"例跨度4 2 0 米的重庆万县长江公路大桥。

钢管混凝土结构范文第8篇

一、钢管混凝土结构具有以下的优点:

(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。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。对混凝土来说,由于钢管约束,改变了受力性能,变单向受压为三向受压,使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说,薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外,局部缺陷特别是不对称缺陷的存在,将使实际的稳定承载力比理论值小得多。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,即使是钢筋混凝土受压构件,尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏,也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的,甚至是大量的。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。

此外,这种结构具有良好的抗疲劳、耐冲击的性能。

(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,这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单,并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架,可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利,不仅节省了大量施工中的材料,减少了施工工作量,而且大大减少了现场露天工作,改善了工作条件,同时也加快了施工、缩短工期。

(4)获得了很好的经济效果。与钢结构相比,节约了大量钢材。根据多项工程统计,钢管混凝土大约能节省钢材50%,因而相应地也降低了造价。与钢筋混凝土结构相比,大约可减少混凝土量的一半,而用钢量大致相当。这样随之带来的优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小,减少了结构占地面积。由于省去了大量的模板,节省了大量木材,降低了费用,因此其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。而对于一般钢筋混凝土柱,尤其是轴压和小偏心受压柱是难以克服的缺点。

(6)具有美好的造型与最小的受风面积。圆形柱不仅以其美好的造型而且因其无棱角,所以特别适用于公共建筑的门厅、大厅、车站\车库、城市立交桥以及露天塔架等高耸结构。

由于钢管混凝土结构具有一系列的优点,因此被广泛采用于多高层建筑、桥梁结构、地铁车站及各种重型、大跨的工业厂房以及高耸塔架等建筑物。钢管混凝土结构在国外应用已有近百年历史,20世纪初,美国就在一些单层和多层房屋中采用钢管混凝土柱。

二、钢管混凝土结构在多层建筑中的应用

1984年在上海建成的基础公司特种基础研究所科研楼,地下2层,地上5层均为双跨钢管混凝土框架结构。边柱与中柱分别为令299与个35l的钢管混凝土柱,可见柱断面及结构占地面积均比钢筋混凝土框架柱为小。其后又陆续用于高层建筑的全部与部分主体结构中。例如1992年泉州市邮电局大厦,高87.5m,采用框架剪力墙结构,底部三层的框架柱采用的钢管混凝土柱。厦门信源大厦高96m,地下2层\地上28层。地下至20层的全部框架柱及20～23层的四角柱采用了钢管混凝土。厦门埠康大厦,高86.5m,地上25层,其中12层采用了钢管混凝土柱。惠州嘉骏大厦28层,全部柱子采用钢管混凝土柱。惠州富绅商住楼28层,地下2层、地上3层全部柱子采用了钢管混凝土柱。这些高层建筑中采用钢管混凝土柱不仅节约材料、减轻自重、缩短工期,并且如果采用钢筋混凝土,柱断面尤其是底下数层柱的断面将会很大,结构占据了很大的使用面积,也给使用带来诸多不便。

三、钢管混凝土结构在公共建筑中的应用

北京地铁车站站台柱。在北京地铁车站站台中广泛采用了钢管混凝土柱,不仅充分发挥了其优良的受力性能,也获得美好的景观,缩短了工期。首钢陶楼展览馆,全部柱子也采用了钢管混凝土柱。江西省体育馆的屋盖由跨度为88m的拱悬挂。拱采用箱形截面,分别用四根钢管置于箱形截面的四角,用角钢做腹杆组成了箱形截面拱。四角钢管中浇筑混凝土,以此箱形拱为依托,挂上模板,浇灌混凝土以形成钢筋混凝土箱形截面拱。这样解决了如此高大拱体现场浇筑混凝土的困难。充分体现了前述钢管可作为施工时承重骨架的优越性。这一结构,实际上是钢管混凝土与空腹桁架配钢的型钢混凝土结构的巧妙结合与新的发展。

四、钢管混凝土结构除广泛应用于多高层民用建筑、公共建筑及工业厂房以及桥梁中外,也经常用于各种设备支架、塔架、通廊与仓库支柱等各种构筑物中。

因为这些平台或构筑物支架柱常为轴心受压或接近轴心受压,塔架等构架的杆件常常以轴力为主,因此用钢管混凝土柱受力合理,尤其对于室外的高度较高的塔架或仓库等,用圆形柱减小了受风面积,对承受风力是理想的断面形式。这些构筑物中比较典型的有江西德兴铜矿矿石贮仓柱。圆筒贮仓高达42m,包括矿石在内总重达16000t,采用了16根钢管混凝土柱支承。荆门热电厂锅炉构架1982年建成,锅炉及附属结构总重为4220t,构架高50m,由六根钢管混凝土平腹杆双肢柱支承。构架跨度22.4m,柱距12m,柱顶标高47.93m。柱肢采用令800mmXl2mm的钢管,显得非常轻巧。另外用于高炉和锅炉的构架还有首钢二号高炉\四号高炉构架,太钢1.053m3高炉构架,辽阳化纤总厂热电厂八号锅炉构架,周口、许昌等电厂锅炉构件等。用于做平台支柱的如黑龙江新华电厂加热器平台柱,荆门热电厂加热器平台柱等。

华北电管局的微波塔于1988年建成,塔顶标高117m,塔身由20根令273mmX8mm无缝钢管内注C15混凝土的钢管辊凝土柱构成空心圆柱形结构。华东电力设计院1979年设计的500kV门式变电构架采用

钢管混凝土A形柱,构架高27.5m,采用令420mmX6mm的钢管,取得较好的经济效果。其他如吉林松胶终端塔,葛洲坝输电线路的变电构架也都采用了钢管混凝土柱。

结论:

钢管混凝土结构范文第9篇

摘要：本文针对钢管混凝土空间桁架结构的优化设计问题进行了初步研究，根据钢管混凝土结构中杆件的受力特点，结合优化设计理论，编制了钢管混凝土的优化算法程序。对实际工程进行优化设计的结果表明，优化设计使结构更经济合理，提高了设计效率，能带来较大的经济效益。

关键词：钢管混凝土 ，结构优化设计

0引言

钢管混凝土就是由混凝土填入薄壁圆形钢管而形成的组合结构材料。其基本原理是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。由于钢管混凝土结构具有强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击等优越力学性能，在土木工程的高层建筑、大跨径桥梁结构中广泛运用。由于计算步骤复杂，设计中常采用试算法和经验法来确定截面尺寸，往往使得设计人员设计工作量大和和结构不经济，提高了工程造价，造成浪费。因此，编制出优化设计程序进行优化设计是非常必要的。

为此，本文结合钢管混凝土结构受力特点，建立钢管混凝土结构的优化数学模型，运用优化算法和数值迭代计算原理，编制了平面杆系结构内力计算优化程序，对钢管混凝土结构进行了初步优化设计研究。

1钢管混凝土结构优化的数学模型

1.1目标函数

主要从经济实用角度考虑，以钢管混凝土结构的造价最低为目标来构造目标函数，因此提出了如下目标函数表达式：

(1－1)

式中：P(x) 为工程造价；为钢管的单位造价；为混凝土的单位造价；为钢管的密度；为钢管混凝土杆件长度。

1.2设计变量

设计变量为钢管混凝土型号中的混凝土标号、钢材种类、横截面面积、惯性矩、含钢率以及杆件长度尺寸等。在混凝土标号、钢材种类和结构中杆件布局已经确定的情况下，影响结构造价主要因素是杆件中各材料的截面面积，因此，设计变量如下：

（1）杆件中钢管的截面面积：

（2）杆件中混凝土的截面面积：

1.3约束条件

约束条件均取自于钢管混凝土设计相关规范及实际设计工程要求。

（1）应力约束

杆件为拉弯杆件：

(1－2)

杆件为压弯杆件：

时，(1－3)

时，(1－4)

式中：、分别为第个杆件的轴力和弯矩；为杆件中钢管的截面面积；为杆件截面面积；为杆件截面抵抗矩；为杆件组合强度设计值；―钢材抗拉强度设计值。

（2）稳定约束

时，(1－5)

时， (1－6)

式中：为欧拉临界力，；为截面的组合弹性模量；为杆件长细比；为等效弯矩系数；为稳定设计安全系数。

（3）挠度约束

(1－7)

式中：为杆件顶点的设计挠度；为规范容许挠度。

2优化程序编制

2.1编程思路

（1）首先运用杆系结构内力计算程序计算出各工况下内力值，提取出内力值（轴力、弯矩）数据；然后按照序列两级算法思路对约束进行分类优化：即先用满应力法对应力约束条件进行优化，在满足应力约束条件后，再用射线步法进行位移约束条件优化，在满足位移约束条件后，输出数值结果；最后判断数值结果是否满足造价收敛条件，如果满足收敛条件，结束运算，输出结果文件，如果不满足收敛条件，把当前的数值结果代入杆件结构内力计算程序计算各工况下内力值，开始新的循环计算。

（2）用满应力法对杆件截面进行优化的过程中，在某工况下，如杆件为压杆，先对杆件的混凝土截面积用满应力法优化，得出优化的截面面积后，再根据钢管混凝土杆件规定的最小含钢率计算钢管的截面面积；如杆件为拉杆，先对杆件的钢管的截面面积进行满应力优化，得出优化的钢管截面面积后，根据钢管混凝土杆件规定的最大含钢率计算混凝土截面面积。通过这样的方式处理，可以保证在规定的含钢率条件下，单根钢管混凝土杆件的截面造价最低。

（3）钢管混凝土杆件中混凝土面积和钢管面积的变化，会使得其含钢率发生变化，这样就会导致钢管混凝土弹性模量发生较大变化，如果再按满应力法中内力不变的假设进行优化，就会使得结构内力偏差太大，优化无从进行。因此，本程序中对满应力优化的结果都重新进行了结构内力的计算，以保证优化的结果偏差尽量减小。

（4）当对位移约束条件进行优化时，是在假设钢管混凝土杆件的含钢率不变的前提下进行杆件截面的优化，这样降低了优化的复杂性，还可以利用先前计算的内力值数据，通过单位荷载法求解位移，使得位移约束由隐性约束变成显性约束，尽可能的减少结构内力计算次数。

2.2优化设计程序步骤

1.输入初始设计数据，及基本参数；

2.进行各种工况下的结构分析；

3.判断第号杆件在第工况下受拉还是受压；如果受拉，用满应力计算公式，得到钢管的截面值；如果受压，用满应力计算公式，得到混凝土的截面值；

4.在所有工况中，选取钢管截面面积和混凝土截面面积；

5.如果且，转到第6步；如果两个条件中有一个不满足，转到第2步；

6.在材料离散集合中，用一维搜索法查找和值最小的截面组合，可得新的截面值，即：和；

7.进行单位虚位移和各种工况下的结构重分析；

8.在所有的工况中，选取跨中节点挠度最大值；

9.计算位移比，如果，转到第10步；如果，转到第13步；

10.通过射线步调整截面，即：和；

11.计算，转到第9步；

12.在材料离散集合中，用一维搜索法查找和值最小的截面组合，可得新的截面值，即：和；

13.收敛判断：（为优化后混凝土和钢管总造价），得出最终截面，结束计算；否则，转到第2步。

3设计实例及计算结果分析

图1 人行桥立面图

本文以一钢管混凝土全焊空间桁架人行桥作为研究对象，结构立面见图1所示。桥梁跨径是20.58米，整根主梁为两个平面桁架拱组成，横桥方向桁架间距均为5m，主梁杆件均采用钢管混凝土杆件，人行道板为槽钢与钢筋混凝土板组成的钢―混凝土组合板，其设计人群荷载4，混凝土采用C50，钢管采用16Mn，混凝土价格拟用300元/立方米，钢管价格拟用4500元/吨。

优化设计后的工程造价与原设计工程造价比较见表1，优化后混凝土用量降低了6.49%，钢管用量降低了11.86%，总造价降低了11.53%，优化后的设计能取得良好的经济效益。

表1原设计与优化设计比较

类别 原设计 优化设计 优化比例

混凝土体积（m3） 20.533 19.2 6.49%

钢管体积（m3） 2.667 2.351 11.86%

造价（元） 99900.63 88386 11.53%

4结语

通过钢管混凝土结构的优化设计，可以减少设计人员的工作量，提高设计人员的工作效率，改变设计中通常采用的试算法进行钢管混凝土结构的传统设计方法；同时可以使钢管和混凝土两种材料配比合理，减少材料浪费，降低工程造价，取得很好的经济效益。优化设计也是今后钢管混凝土结构设计的必然发展趋势。

参考文献

孙焕纯，柴山，王跃方，离散变量结构优化设计［M］.大连理工大学出版社，1995年

袁慰平，数值分析［M］.东南大学出版社，1998年

邓巍巍，王越男，Visual FORTRAN编程指南［M］.人民邮电出版社，2000年

钢管混凝土结构范文第10篇

一、钢管混凝土结构特点及优势

钢管混凝土在高层建筑工程中，主要是作为受压管柱的建筑构件使用，与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。 钢管砼柱因其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。实验和理论分析证明，钢管混凝土在轴向压力作用下，钢管的轴向和径向受压而环向受拉，混凝土则三向皆受压，钢管和混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的混凝土抗压强度大大提高，同时塑性增大，其物理性能上发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料。正是这种结构力学性质的根本变化，决定了钢管砼的基本性能和特点，并作为新型的第五种建筑组合结构显示出巨大的生命力和发展前景。钢管砼的特征与优势如下：

1、钢管砼柱的抗压和抗剪承载力高，相当于钢管和混凝土二者之和的2倍以上，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。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。对混凝土来说,由于钢管约束,改变了受力性能,变单向受压为三向受压,使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说,薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外,局部缺陷特别是不对称缺陷的存在,将使实际的稳定承载力比理论值小得多。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、柱子截面减小，自重减小，相当于设防烈度下降一级，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。而对于一般钢筋混凝土柱,尤其是轴压和小偏心受压柱是难以克服的缺点。

3、钢管壁薄便于选材、制造与现场焊接，是施工最为快捷的建筑结构，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,这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单,并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架,可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利,不仅节省了大量施工中的材料,减少了施工工作量,而且大大减少了现场露天工作,改善了工作条件,同时也加快了施工、缩短工期。

4、钢管砼柱内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性优于钢柱，从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上。此外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,即使是钢筋混凝土受压构件,尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏,也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的,甚至是大量的。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。

5、钢管混凝土获得了很好的经济效果。钢管混凝土柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上，轮廓尺寸也比钢柱小，扩大了建筑物的使用空间和面积。与钢结构相比,节约了大量钢材，因而相应地也降低了造价。与钢筋混凝土结构相比,大约可减少混凝土量的一半,而用钢量大致相当。这样随之带来的优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小,减少了结构占地面积。由于省去了大量的模板,节省了大量木材,降低了费用, 钢管砼柱自重减少，减轻了地基承受的荷载，相应降低了地基基础造价，因此其取得了显著的经济效果。

二、钢管混凝土在工程中的应用及效益

近年来，钢管混凝土结构的施工技术也在迅猛发展，涌现出很多新的施工工艺和施工方法，使钢管混凝土结构广泛应用于各种大型建筑工程和交通运输工程中，取得了较好的经济和社会效益。

1、高层建筑工程。据有关资料，达百米和超过百米的钢管砼结构的高层建筑已有20多座。其中最高的是深圳72层的赛格广场大厦，结构高度291.6米，堪称世界之最。例如1992年泉州市邮电局大厦,高87.5m,采用框架剪力墙结构,底部三层的框架柱采用的钢管混凝土柱。厦门信源大厦高96m,地下2层\地上28层。地下至20层的全部框架柱及20～23层的四角柱采用了钢管混凝土。厦门埠康大厦,高86.5m,地上25层,其中12层采用了钢管混凝土柱。惠州嘉骏大厦28层,全部柱子采用钢管混凝土柱。惠州富绅商住楼28层,地下2层、地上3层全部柱子采用了钢管混凝土柱。这些高层建筑中采用钢管混凝土柱不仅节约材料、减轻自重、缩短工期，经济效益显著。

2、 公共建筑、工业厂房及大跨度桥梁工程 。例如南宁青秀山高尔夫俱乐部打习馆改扩建工程，项目位于青秀山风景区，拟在改造原有主体框架的同时扩建二层的办公用房。由于打习馆已投入使用，在改、扩建施工的过程中应尽量减少对原有建筑已使用部分的影响，缩短工期，同时配合整个建筑物的立面造型及风格，经多方分析比较，决定在扩建工程中采用钢-混凝土组合结构，并采取一定的施工措施，充分利用组合结构的优越性，取得了良好的技术经济效益。钢管混凝土已经被广泛地应用于拱桥结构中，也开始应用于斜拉桥结构中。 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，拱肋将承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土构件是非常合理的。另外，钢管可以做为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注混凝土的模板。因此，钢管混凝土被认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的复合结构材料。自1990年在四川省旺苍县建成跨度为115米的我国第一座钢管混凝土拱桥以来，在10来年的时间里，我国已经建成了100多座钢管混凝土拱桥，其中跨度在100米以上的就有30多座，尤其是重庆市万县长江公路大桥，跨度达到420米，一跨过江。

近年来，在斜拉桥和梁式桥中也开始采用钢管混凝土结构，同样取得了良好的经济效益。例如，广东南海市紫洞大桥、湖北秭归县向家坝大桥和四川万县万洲大桥都采用了钢管混凝土空间桁架组合梁式结构，减轻了结构恒载，提了结构承载力利用系数，同时采用与之相适应的、合理的施工工艺，简化了施工程序，减少了施工设备，加快了施工进度，降低了工程造价。钢管混凝土空间桁架组合梁式结构适用于多种桥型，如系杆拱桥结构、特大跨径斜拉桥结构、特大跨径悬索桥结构等，推广其应用必将带来显著的经济效益和社会效益。

此外，钢管混凝土结构也经常用于各种设备支架、塔架、通廊与仓库支柱等各种构筑物中。北京地铁车站站台柱。在北京地铁车站站台中广泛采用了钢管混凝土柱,不仅充分发挥了其优良的受力性能,也获得美好的景观,缩短了工期。江西省体育馆的屋盖由跨度为88m的拱悬挂。拱采用箱形截面,分别用四根钢管置于箱形截面的四角,用角钢做腹杆组成了箱形截面拱。四角钢管中浇筑混凝土,以此箱形拱为依托,挂上模板,浇灌混凝土以形成钢筋混凝土箱形截面拱。这样解决了如此高大拱体现场浇筑混凝土的困难。充分体现了前述钢管可作为施工时承重骨架的优越性。这一结构,实际上是钢管混凝土与空腹桁架配钢的型钢混凝土结构的巧妙结合与新的发展。

三、结论