钢管混凝土粘结性能及内力分配研究-结构工程专业论文.docxVIP

西安建筑科技大学硕士学位论文 西安建筑科技大学硕士学位论文 PAGE PAGE 4 心混凝土，特别是高强混凝土脆性的缺点得到破善 151。另一方面，铜管内填充混 凝土能有效地阻止钢管向内变形，增强了钢管抵抗局部屈曲的能力，整体稳定性 也有了很大的提高 。因此，在以受压为主的结构中采用铜管混凝土组合 材料，其 结构性能要明显优 于传统的钢结构和混凝土结构。 对于方钢管温凝土，当核心混凝土泊松比大于外包铜管泊松比时，管壁会因 为混凝土向外膨胀而产生弯曲变形。此时，铜管对混凝土的套箍作用主要体现在 4个刚度较大的角点上(图 }-3)。与困铜管混凝土相比，方钢管混凝土的套箍力 作用小旦分布不均匀，因此核心混凝土强度提高并不显著，此外铜管的角点还存 在应力集中现象。然而，囱于方铜管混凝土柱与梁的连接较容易，构造也比较简 单，因此近些年来在各种建筑结构中也得到了广泛的应用，国内外有许多学者对 其进行了研究。 图 1-3 方形钢管混凝土 多边形混凝土，如八边形，性能介于圆形铜管混凝土和方 J铜管混凝土之间， 由于交角的角度变小，其铜管套箍力的分布较方管均匀，接近于圆形，但与圆形 相比更易于与梁连接。目前，由于这种截面形状的铜管舶工较复杂，所以应用并 不多l飞 钢管混凝土除了在结构性能方面可以充分发挥两种材料的组合优势外，在施 工方面也有明显的优势。钢管具有较大的刚度和强度，可以作为施工的劲性骨架， 同时构件本身基本不需要模板。此外，钢管制作工厂化，劳动效率高，比起钢筋 混凝土结构中的钢筋制作安装要省时省工。 铜管混凝土结构耐腐蚀性能要比钢筋混凝土茬，因此与钢结构 一样需要采用 有效的防腐措施，但与钢结构相比，因其内部填充了混凝土，只有外壁须采取防 腐措施，表面积因而减少了 一半例。在抗火性能方面，铜管混凝土结构由于管内 填充混凝土，与空钢管相比其软化温度有很大的提高，与钢结构相比为抗火而增 加的保护材料费减少很多。钢管混凝土结构还具有较好的抗冲击性能和抗震性能 ， 由于柱体在各个方向的强度和刚度相同，其优势将明显显现出来 111。 大量的工程实践表明，与钢结构相比，钢管混凝 土在保证承载力相同的条件 下，可节省5侃左右的钢材，并 可减少焊接工作量，同时结 构的耐火性、刚度及 稳定性均有不同程度的提高。与普通钢筋混凝 土结构相比 ，虽然结构用钢量-般 会增加 ，施工用钢量却可相应减 小， 在承载力相同的条件 下，混凝土用量和构件 自重可减少约 50%，构件的截面面积可减少约一半( 1)。就目前的经济情况下，钢管 混凝土结构在 高层建筑中的应用造价 比普通钢筋混凝土路高，但由于同时解决了 胖柱的问题，增加了建筑的有效面积，加快了施工进度，从而具有较好的综 合经济效益 ，这种综合效益随着结构层数的增多而更加明显。在大跨度拱桥中， 铜管混凝土达到了材料高强度和施 工无支架两大目标，因而其跨越能力较之钢筋 混凝土增大许多，使古老的拱桥技术重新焕发了生机 l坷。 1.2铜管混凝土结构的应用与研究发展概况 钢管在土木工程中应用不久 ，铜管混凝土结构就得到应用。 1879 年英国塞文 (severn) 铁路桥采用了铜管混凝土桥墩，但当时管内灌注、混凝土的主要目的是 为了防锈。 1901 年， Sewell.].S。第一个发表文章报道了方形铜管混凝土柱的应 用情况，认为钢 管内填充混凝土不仅能防锈 ，还能提高刚度和承载力。 1907 年美 国的 Lally 公司首次给出 了铜管混凝土柱的安全承载能力计算公式，此后这种被 称为 Lally Column 的圆形铜管混凝土桩在一些单层和多层房屋中得以应用。 20 世纪初叶以来，许多学者对这种结构进行了不断深入的研究 l付。 前苏联在 30 年代建成了跨越列宁格勒涅瓦河跨度为 101m 的钢管混凝土拱粱 组合体系桥和位于西伯利亚跨径达 140m 的锅管混凝土柿拱桥。前苏联一批学者对 钢管混凝土结构进行了深入的研究，出版了 一批专著 ，其中斯托鲁托科于1978 年著的《钢管混凝土结构》己有中译本(3J 20 世纪 60 年代，英国聂基 (Neogi PK) 等人对管内混凝土三向受力时强度的提高及考虑钢管对混凝土约束效应时铜管混 凝土承载力的计算方法作了研究，是钢管混凝土理论探讨上的一大突破。美国在 20 世纪 60 年代和 70 年代对铜管混凝土组合柱的研究获得了大量成果。这一时期， 在西欧、北美、日本 、前苏联等工业发达国家，钢管混凝土结构在厂房建筑、多 层和高层建筑、城市立交桥以及特种结构中得到较多应用，收到了良好的效果。 我国于 20 世纪 50 年代末开始进行钢一混凝土组合结构的研究， 1963 年在北 京地铁车站中采用了钢