新型钢管混凝土构件的特点和性能.pdfVIP

钢结构工程研究⑧ 钢结构》2010增刊 新型钢管混凝土构件的特点和性能 邓长根1 哈敏强2 (1．同济大学建筑工程系，上海200092；2．华东建筑设计研究院，上海200002) 提要：本文介绍了双钢管混凝士、离心钢管混凝土、加肋钢管混凝土、复式钢管混凝土、钢骨—铜管混 凝土、带约束拉杆异型钢管混凝土等几种新型钢管混凝土构件的特点和性能，以促进这些新型结构的推广 和进一步研究。 关键词：双钢管混凝土；加肋钢管混凝土；复式钢管混凝土；钢骨—钢管混凝土组合柱 1．引言 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，它利用钢管和混凝土两种材料在 受力过程中的相互作用，不仅使混凝土的塑性和韧性性能大为改善，而且可以避免或延缓 钢管发生局部屈曲，从而使钢管混凝土结构具有承载力高、塑性和韧性好、经济效果显著 和施工方便等优点，在我国得到了广泛的应用。然而在高层建筑中，钢管混凝土柱与钢柱 相比自重仍然较大，为了减轻地基基础的负担，降低基础工程造价，国内外相关学者提出 了双钢管混凝土和离心钢管混凝土结构形式。钢管混凝土中混凝土与管壁若在实际施工中 粘结不良或混凝土收缩，将会形成缝隙而严重破坏钢管混凝土的整体性，因此国外学者提 出采用加肋钢管混凝土结构以提高管壁和混凝土间的粘结力。在某些特定场合下，竖向荷 载极大，若采用普通钢管混凝土结构柱截面将会很大，难以满足建筑要求，这时可以采用 复式钢管混凝土、钢骨一钢管混凝土组合柱等结构。 本文将介绍双钢管混凝土、离心钢管混凝土、加肋钢管混凝土、复式钢管混凝土结构 以及钢骨一钢管混凝土组合柱等几种新型钢管混凝土结构。 2．双钢管混凝土 filleddoubleskin 双钢管混凝土(concrete tubes)是内外两层钢管与填充其间的混 凝土组成的组合结构，内钢管空心或填充其它材料。内钢管和外钢管可以均为圆钢管或方 钢管(矩形钢管)，或者内钢管为方钢管、外钢管为圆钢管，其它形式不常见。在双钢管混 凝土柱受压时，内外层钢管和内填混凝土均发生变形。由于各自横向变形大小不一，在各 自接触面间会产生相互制约作用，使内外层钢管与内填混凝土均处于三向应力状态。和一 般的钢管混凝土柱相比，双钢管混凝土柱具有以下优点：(1)截面尺寸可以更大，抗弯刚 43 钢结构T程研究⑧ 《钢结构》2010增” 度增大，截面模量增大，从啊整体稳定性增强：(2)由于内钢管空心，自重减轻；(3)抗 震忡能好，循环荷载下性能好；(4)连接方便[2]。 烈钢管组合结构概念来自于水F隧道(i989)。在核电站外壳、储气罐、储汕罐和防爆 掩敲所中也根有发展潜力(199I)。这种结构可以应用丁海底箭道，深水q嗨}甲台的支柱， 大直径朴和承受冰荷载的结构中。近来，双钢管混凝土在H本应用十大高度桥墩中，它能 减小结构自重J{：能保持地震中的强大耗能能力[1]。 Wel、Mau等人[4]在双层同轴心钢管之问填充了聚合物混凝土．研究了在轴心受压下， 双层钏符和内填混凝士IlIf横向娈形不同所产牛的柏且作用。他们认为，内层钢箭和混凝 上问相可作用的特点址：(1)直至烈钢管混凝’r受力达到极限荷载，混凝土的存在延缓了 内层钢箭的屈曲：(2)混凝上和内层钢管之间的作用力对它们的轴心受压承载力几乎没有 影响。而外层制符和混凝j之间；(1)在外层钢管达到屈服强度fji『．它与混凝七之间的相 可-作川可以忽略不计：(2)接着南至取钢管挂凝}‘受山达到极限荷载时，外层铡管和混凝 十之1可产生握力，使得外层钢管和内填混凝上处于复杂应力状态r。 夏建国等人[5]研究了内外铡符钢号相同的烈钢管税凝七，认为外层钢管纵向和径向受 压I町环向受拉，【町内层钢管受儿状态优于外层钢管，因而内层制管不会先于外层钢管达到 其极限状态。因此．无论铡管的材料强度高低都町以将外层俐管达到最大剪应力条件作为 其拧制条件，井认为钢管达到这已极限状奄，双铡符混凝土婀柱便比火r承载能力。他们 建议选用外层铜管的强度较内层钢箭的强度高的制材