淺談鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展及發(fā)展期望

任宏偉　李秋明　嚴(yán)珊

摘要：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為一種新型的組合結(jié)構(gòu)，在單層或多層工業(yè)廠房的結(jié)構(gòu)柱、設(shè)備構(gòu)架柱、各種支架和超高層建筑以及橋梁結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用，對(duì)其理論和試驗(yàn)的研究越來越多，近年來逐漸的成為建筑領(lǐng)域眾多學(xué)者的研究對(duì)象。本文簡要闡述了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的各種優(yōu)點(diǎn)，對(duì)國內(nèi)外的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展和應(yīng)用的現(xiàn)狀進(jìn)行了初步的總結(jié)，對(duì)其需要進(jìn)一步深入研究的關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了探討并指出不足，最后得出結(jié)論提出鋼管混凝土發(fā)展的期望。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土 研究進(jìn)展 應(yīng)用 發(fā)展期望

中圖分類號(hào)：TU39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

1引言

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是一種新型組合結(jié)構(gòu)，按照鋼管的形狀類型可以分為圓鋼管混凝土、方鋼管混凝土和矩形鋼管混凝土等。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是將混凝土填充在薄壁鋼管內(nèi)部而形成，是通過螺旋配筋的混凝土結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上演變而來?；炷敛牧虾弯摬牡某浞纸M合可以有效地發(fā)揮鋼材的抗拉性能和混凝土抗壓性能各自優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)兩種材料各自的缺點(diǎn)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有較大的提高，而且鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中填充在鋼管內(nèi)部的混凝土處于三向的受壓狀態(tài)，可以使鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有較好的延性和抗震性能。除此之外，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)還具有施工簡便工期短以及美好的造型和顯著的經(jīng)濟(jì)效果[1，2]。

2鋼管混凝土結(jié)構(gòu)國內(nèi)外研究進(jìn)展

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在建筑施工方面的應(yīng)用研究已經(jīng)有近百年的歷史，1879年英國在鐵路橋的施工中采用鋼管混凝土橋墩技術(shù)是在世界范圍內(nèi)較早使用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的工程之一，為了防止鋼管內(nèi)部的銹蝕，施工過程中采用了在鋼管內(nèi)部灌入混凝土的措施。隨后，眾多國家的學(xué)者對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行了理論分析和試驗(yàn)來研究其力學(xué)性能和工作機(jī)理，并且取得一系列重要成果[3]，國外一些國家對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究主要內(nèi)容為方形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)、圓柱形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，填充在鋼管內(nèi)部的混凝土一般為素混凝土，或者在填充在鋼管內(nèi)部的混凝土中配置一些鋼筋或型鋼。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)國外的設(shè)計(jì)規(guī)程主要有EC4（1996）、DIN 18800（1997）、SSLC（1979）和LRFD（1999）和AIJ（1980，1997）。除此之外，加拿大和澳大利亞等國學(xué)者又深入研究了薄壁鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，并正在編制設(shè)計(jì)規(guī)程。最近幾年中，美國、日本和澳大利亞等國的研究人員開始用高強(qiáng)的混凝土填充在鋼管內(nèi)部形成的鋼管高強(qiáng)混凝土構(gòu)件，對(duì)其各項(xiàng)工作性能進(jìn)行深入的研究，并加以推廣應(yīng)用。

中國科學(xué)院哈爾濱土木建筑研究所是我國最早著手進(jìn)行鋼管混凝土結(jié)構(gòu)基本理論研究的單位之一。我國的研究人員近幾十年對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)也開展了一系列的理論和試驗(yàn)研究，研究了鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法和計(jì)算公式，并在圓鋼管混凝土柱的研究中取得顯著地成果，逐步建立了三個(gè)理論體系，《三向應(yīng)力混凝土》、《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算與應(yīng)用》和《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)》這三本著作當(dāng)中。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程JCJ 01—89，CECS 28：90，DL 5085/T—1999和GJB 4142—2000[3-5]已經(jīng)先后頒布，并且已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在電力規(guī)范以及國家軍用標(biāo)準(zhǔn)之中。

國內(nèi)外各個(gè)國家的設(shè)計(jì)規(guī)程雖然各自不同，但都有著豐富的理論基礎(chǔ)，各個(gè)國家關(guān)于鋼管混凝土的最新研究技術(shù)成果也在規(guī)程上展現(xiàn)出來，引導(dǎo)著鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在國際范圍內(nèi)的研究和發(fā)展。

3 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷提高，試驗(yàn)研究和理論分析的不斷加強(qiáng)深入，各種鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁、地鐵車站和工業(yè)廠房以等建筑物中的應(yīng)用越來越廣泛。近些年來在高層民用建筑中也不斷的出現(xiàn)了鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

JOHN LALLY于1897年在美國申請(qǐng)了專利，提出在房屋建筑的承重柱中開始應(yīng)用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。法國巴黎的某個(gè)郊區(qū)于1930年建造了一座跨度為9米橋，采用了上承式鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。1961年比利時(shí)人在建造船塢時(shí)采用的桁架和壓桿也應(yīng)用了鋼管混凝土構(gòu)件。法國巴黎采用了鋼管混凝土柱建成的第一座摩天框架大樓。前蘇聯(lián)發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的眾多優(yōu)點(diǎn)，將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)使用在一些吊車棧橋中。1998年，在日本建成的94823平方米賽車場，地上的一到八層均采用了鋼管混凝土柱的結(jié)構(gòu)與鋼梁相結(jié)合，使鋼管混凝土的優(yōu)點(diǎn)得到充分發(fā)揮，不僅外形美觀而且取得顯著的經(jīng)濟(jì)效果。

我國對(duì)于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)的研究利用已經(jīng)有50多年的歷史，對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究我國從1959年開始，于1963年將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)柱成功地應(yīng)用在北京地鐵車站工程中。北京許多地鐵站的站臺(tái)柱均采用了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為支撐結(jié)構(gòu)。而且在1986年將鋼管混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用到了葛洲壩水電站的繁昌變電所當(dāng)中。從1990年到1998年期間，已建和在建的橋梁已經(jīng)達(dá)到60多座，其中的30座跨度達(dá)到了100米，發(fā)展及其迅速。 許多著名的大橋的橋梁均采用了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，如四川的旺蒼東河大橋、山東濟(jì)南東站鋼管混凝土拱橋、福建閩清石潭溪大橋、南海三山西橋、年萬縣長江大橋等。

近年來在多、高層和超高層民用住宅建筑中也開始采用了鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)體系，而且采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)建筑物的造價(jià)相比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系明顯降低。90年建成的高度為63米福建省泉州郵電中心局大廈，采用了圓鋼管混凝土結(jié)構(gòu)作為在地下一層到地上二層的八根柱子。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在了福建的南安郵電局大樓、天津今晚報(bào)大廈、廣東深圳賽格廣場大廈、香港中心大廈等建筑物中。

4 存在的問題

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外的研究與應(yīng)用取得了巨大的成果，然而怎樣更好的對(duì)這個(gè)領(lǐng)域的研究更加深化，推廣鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在實(shí)際土木工程中的應(yīng)用，還存在一些問題，

1）對(duì)鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)連接問題的研究相對(duì)較少，節(jié)點(diǎn)的形式不統(tǒng)一，鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)連接問題直接關(guān)系到建筑結(jié)構(gòu)的安全性以及工程的造價(jià)等方面，對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用發(fā)展在一定程度上有所限制。

2）鋼管混凝土防火設(shè)計(jì)理論方面的實(shí)驗(yàn)和理論研究相對(duì)缺少，現(xiàn)在對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)采用的防火措施采用外包混凝土或者涂防火材料，沒有統(tǒng)一的科學(xué)依據(jù)。

3）目前對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的抗震方面研究不足，主要是對(duì)單一鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行了一些抗震的研究，而缺乏對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的整體抗震研究。

4）對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行的研究沒有對(duì)鋼管普通混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管高強(qiáng)混凝土以和鋼管超高強(qiáng)混凝土三種類型分類的區(qū)別對(duì)待，沒有充分區(qū)別各自的耐疲勞性能和抗震性能需等特點(diǎn)，不利于工程的應(yīng)用。

5結(jié)論

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是一種新型的組合結(jié)構(gòu)，對(duì)其的科學(xué)研究不斷的迅速發(fā)展，因鋼管混凝土具有的各種優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在土木工程結(jié)構(gòu)當(dāng)中，是今后在建筑結(jié)構(gòu)工程科學(xué)的一個(gè)重要發(fā)展方向。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)受力性能合理，施工工藝簡便，為土木工程建筑中增添了許多精品工程。由于還存在一些問題，因此還有必要對(duì)鋼管混凝土的性能進(jìn)行更深入更系統(tǒng)的研究，為人類生活做出了積極的貢獻(xiàn)。

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