钢管混凝土的特点（共12篇）
钢管混凝土的特点 篇1
钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tube,简称CFT)是将混凝土灌入钢管而形成的一种组合材料,最早在19世纪80年代被设计应用作桥墩,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,从20世纪80年代末开始,钢管混凝土在我国土建工程中的应用得以快速发展。一方面由于钢管临界承载力极不稳定,在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土,混凝土的存在可以避免或延缓薄壁钢管过早地发生局部屈曲;另一方面,钢管约束了混凝土,在轴心受压荷载作用下,混凝土三向受压,延缓了受压时的纵向开裂。因此,通过两种材料组合相互弥补了彼此的弱点,充分发挥彼此的长处,从而使钢管混凝土具有很高的承载力,大大高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土承载力之和,即实现了“1+1>2”,并且使混凝土的塑性和韧性性能大为改善。与传统的钢筋混凝土结构相比,它具有承载力高、重量轻、塑性韧性好、耐疲劳、耐冲击、施工方便及节省模板等诸多优点。
1 新型钢管混凝土结构的特点
1.1 薄壁钢管混凝土
薄壁钢管混凝土是指其横截面径厚比D/t(对于圆钢管混凝土)或宽厚比B/t(对于方钢管混凝土)大于对应受压构件中空钢管局部稳定限值1.5倍的情况。对于薄壁钢管来说,其承载力是极不稳定的,因为它对于局部缺陷很敏感。试验证明,其实际轴压力往往只有理论计算值的1/3~1/5,当有残余应力存在时,影响则更大[2]。
相对于厚壁钢管混凝土,采用薄壁钢管混凝土的主要优点是:减少钢材用量,减轻焊接工作量,达到降低工程造价的目的,还可以提高构件的耐火极限。在小高层以下包括多层、低层建筑工程中推广使用有着广阔的前景和积极的意义。目前,薄壁钢管混凝土实验室研究的径厚比D/t最大达到了150,使得柱的含钢率为5%~7%,与钢筋混凝土柱的含钢率接近。
1.2 带纵向加劲肋钢管混凝土
对于薄壁钢管和长细比大的钢管较易产生局部屈曲,国内外研究者先后提出了一些抵消这种影响的构造措施,主要包括设置纵向加劲肋、采用约束拉杆和角部隅撑这三种方法,其中设置纵向加劲肋方法制作的板件较少,加劲肋和钢管焊在一起,整体性好,有利于提高钢管和混凝土共同工作的性能,同时还有利于提高构件的抗火性能[3]。
1.3 冷弯型钢钢管混凝土
冷弯型钢钢管通常做法是将两个冷弯卷边槽钢的卷边部分相对焊接而成方管。与普通拼焊的钢管不同:1)其残余应力较拼焊管要小;2)它在冷加工的过程中会发生较大的塑性变形,出现强度提高和塑性下降的现象,正好可以利用其优点。
由于目前冷弯型钢标准中列出的型钢截面尺寸普遍偏小,因而其使用范围通常为网架、网壳和桁架等结构中受力较小的杆件,在实际的钢管混凝土工程中直接采用这些标准产品的情况还不多见。
1.4 中空夹层钢管混凝土
中空夹层钢管混凝土,是在两个同心放置的钢管之间灌注混凝土而形成的构件,是在传统实心截面钢管混凝土的基础上发展起来的一种新型钢管混凝土结构。由于常用的钢管截面形式有圆形、方形和矩形,而组成中空夹层钢管混凝土的内、外钢管可采用不同的截面形式,因而可以组合出多种截面类型的中空夹层钢管混凝土构件。
中空夹层钢管混凝土继承了实心钢管混凝土承载力高、塑性和韧性好、耐火性能好等一系列的优点。此外,由于其特殊的截面形式,和实心钢管混凝土相比,中空夹层钢管混凝土构件具有截面开展、抗弯刚度大、自重轻、抗震性能好和防火性能好等特点,适于用作海洋平台支架柱、桥墩以及高层建筑中的大直径柱[5]。
1.5 钢管高性能混凝土和千米承压材料
这里的高性能混凝土,指具有高强度、高流动性,在自重或少振捣的情况下就能自密实的混凝土。将其灌注在钢管里,可以减小施工工作量和施工的噪声污染,钢管混凝土还具有承载能力高、塑性和韧性好等诸多优点,在高层、超高层建筑中被广泛的运用。
随着人们对高度在千米以上的超级摩天大楼的设想和规划,首先遇到的就是用什么样的承压材料的问题,所以就有了千米承压材料这一概念。千米承压材料是指材料在承受压应力的状态下,在承受压力的方向上材料尺度可以延续至1 km以上。其主要是由C100以上高强混凝土和高强度无缝钢管制成的钢管高强混凝土柱,目前还处于试验研究阶段。
1.6 空心钢管混凝土
空心钢管混凝土是采用离心法浇筑管内混凝土并通过蒸汽养生制成的钢管混凝土构件。自20世纪90年代以来,我国已较广泛地在输电变电工程中采用。这种构件在工厂中预制,运抵现场组装。由于构件中心部分的混凝土抽空了,减轻了自重,因此便利了运输和施工。和传统的钢杆塔相比,节约钢材50%以上。与预应力钢筋混凝土杆塔相比,钢材和混凝土的用量基本相同,但不存在混凝土开裂问题,提高了结构的耐久性和安全度。由此可见,空心钢管混凝土在电力工程建设中有很大的发展前景。
此外,还有蜂窝状钢管约束混凝土、复式钢管混凝土、异形钢管混凝土组合柱等一些新型钢管混凝土结构,由于这些结构在实践中应用得少,在此不一一论述。
2 钢管混凝土的应用
根据钢管混凝土结构本身的特点,目前的主要应用领域有单层和多层工业厂房柱、设备构架柱、各种支架、地铁站长柱、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等[1]。
我国从20世纪60年代开始研究钢管混凝土结构,主要为内填型素钢管混凝土结构。1963年成功地将钢管混凝土柱用于北京地铁站工程。由于钢管混凝土结构具有一系列优越的力学性能,20世纪70年代我国进一步推广应用这种结构,相继应用在一些大型工程中,到了20世纪80年代,钢管混凝土结构在我国的研究已经逐步得到完善,计算理论和设计方法取得了很大进展,在构件性能和理论研究方面也取得了很大的成就。
近年来,随着我国国民经济的迅速发展,在现代化的事业中,钢管混凝土结构作为一种新的结构形式,在我国的高层建筑工程、地铁车站工程、工业厂房工程和大跨度桥梁工程等建设中得到了卓有成效的应用,取得了令人瞩目的成就。例如1997年10月建成的四川万县长江大桥跨度达到了420 m,这在桥梁史上也是少见的,据桥梁工程师们预测,采用钢管混凝土拱桥结构,单孔蹁有望达到500 m~600 m,高384 m。采用钢管混凝土柱建成的高层建筑也近20座之多,其中最高的深圳赛格广场大厦,地下4层,地上70层,高度为278.8 m,建筑面积达到了160 000 m2,是迄今为止全部采用钢管混凝土柱的世界最高建筑。地上78层的深圳地王大厦,其结构为型钢混凝土结构,四周框架柱为方钢管混凝土构件。结构总层数为51层、地上高度201.8 m的广州新中国大厦,上部结构部分柱为带约束拉杆异形(方形)钢管混凝土组合构件,核心筒地下室5层部分采用带约束拉杆异形(L形,T形)钢管混凝土构件。
在美国、日本、澳大利亚等国,建成的钢管混凝土结构高层建筑也已经超过40余幢。例如东京西新宿广场塔楼,地上31层,采用框架体系,柱子全为方钢管混凝土构件。此外还有新大阪菲尼克斯威尔大厦、淀川六番馆。在澳大利亚,有很多工程实例比如the Forrest Center Exchange Plaza和Westralia Square等,层数均在30层以上。特别是1995年阪神地震后,钢管混凝土结构更显示出其优良的耐震性能,进一步掀起对钢管混凝土结构进行深一层研究的热潮。
3 结语
与普通钢管混凝土结构相比,新型钢管混凝土结构是一种相对年轻的结构形式,能够适应现代工程中各种结构形式的需要,符合现代施工技术的工业化要求,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。
摘要：主要介绍了各类新型钢管混凝土结构的特点,受力性能,制作与加工的方法,阐述了各类钢管混凝土结构的应用情况和发展前景,以提高人们对新型钢管混凝土结构的认识,推广钢管混凝土结构的应用。
关键词：钢管混凝土,宽厚比,含钢率,强度,稳定性
参考文献
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钢管混凝土的特点 篇2
摘要：简要介绍了钢管混凝土的特点和发展史，针对前人已研究的成果，综述了不同截面、不同空心率、不同结构下的钢管混凝土构件的抗震性能，为钢管混凝土在实际抗震工程中的运用提供了参考建议。
关键词：钢管混凝土；抗震性能；耗能能力
0 引 言
钢管混凝土构件是在钢管内填充混凝土。随着高层、超高大跨度建筑的需要，钢管混凝土结构凭着承载力高、造价低、施工方便、抗震性好等优越的条件被广泛应用，很多研究者做了很多关于钢管混凝土的抗震性能分析和研究，取得了很大的成果，并在抗震工程中得到广泛应用。钢管混凝土的特点
钢管在纵向轴心压力作用下，属于异号应力场，其纵向抗压强度将下降，小于单向受压时的屈服应力，同时钢管是薄钢管，单向受压时，承载力受管壁局部缺陷的影响很大，远远低于理论临界应力计算值；对于混凝土，强度低，截面大，随着混凝土强度增大脆性增加，而混凝土抗拉性比较差［1］。
钢管混凝土是新型结构［2］，正好弥补了两者的缺点，在钢管混凝土构件在纵向轴心压力作用下，由于混凝土的密贴，保证了钢管不会发生屈曲，可以使这算应力达到钢材的屈服强度［3］，使钢材的强度承载力得以充分发挥；对于混凝土，混凝土不仅受到纵向压力，还有受到钢管的紧箍力，使混凝土三向受压，使混凝土纵向抗压强度提高，弹性模量也得到提高，塑性增加。
钢管和混凝土的共同作用下，使得钢管混凝土构件有以下特点：
（1）构件承载力大大提高。1976年哈尔滨锅炉厂做了一次简单的对比试验，得到钢管混凝土柱轴心受压下承载力是空钢管和管内径素混凝土柱之和的173%。
（2）良好的塑性和韧性。这种新结构在承受冲击荷载和振动荷载时，有很大的韧性，所以抗震性能比较好。
（3）造价低, 从很多实际工程可以看到，钢管混凝土柱与普通钢筋混凝土柱相比，节约混凝土50％以上，结构自重减轻50％左右，钢材用量相等或略高，不需要模板。与钢结构相比，可减少钢材50％左右。
（4）施工简单，可以缩短工期。钢管混凝土结构的发展史
钢管混凝土结构是在劲性钢筋混凝土结构、螺旋配筋混凝土结构以及钢管结构的基础上发展起来的。
在19世纪60年代前后，钢管混凝土结构在苏联、北美、西欧和日本等发达国家得到重视，并开展了大量的试验研究，但是施工工艺得不到解决。
在19世纪80年代后期，由于先进的泵灌混凝土工艺的发展，解决了施工工艺的问题。如1879年英国的Severn铁路桥的建造采用钢管桥墩，在管内灌了混凝土防止内部锈蚀并承受压力。
1923年，日本关西大地震后，人们发现钢管混凝土结构在这次地震中的破坏并不明显，所以在以后的建筑，尤其是多高层建筑中大量应用了钢管混凝土。1995年阪神地震后，钢管混凝土更显示了其优越的抗震性能。
钢管混凝土在我国的发展：20世纪60年代中期，钢管混凝土引入我国。1966年北京地铁车站工程中应用了钢管混凝土柱。在70年代厂房和重型构架也应用了钢管混凝土柱；80年代后，我国开展了科学试验研究，得到了结构的计算理论和设计方法［4］。
现阶段我国对钢管混凝土性能的研究：圆形、多边形和方形、实心与空心、轴心受压与偏心受压构件的强度和稳定；压弯扭剪复杂应力状态下构件的强度和稳定；抗震性能与抗火性能以及施工时初应力的影响等。而且取得了很大的科研成果。综述前人已研究的钢管混凝土抗震性能
3.1钢管混凝土构件根据截面形状可以分为方形、矩形、多边形及圆形截面钢管混凝土构件。
国外Shinji 和 Yamazaki 等[5]对受变化的轴力和往复水平荷载作用下的方钢管混凝土柱的受力性能和位移进行研究；Amit[6]做了高强方钢管混凝土柱抗震性能的试验研究，分别分析了高强混凝土和高强混凝土对构件滞回性能的影响；Kang 和 Moon[7]考察了方钢管混凝土柱恒轴力在低周反复荷载和单调荷载作用下构件的承载能力和耗能能力，得到方钢管高强混凝土柱滞回曲线饱满，即使在高轴压比的情况下，都没有明显的捏缩现象；试件有较好的耗能能力，位移延性系数均大于 3[8]。方钢管高强混凝土柱与普通方钢管混凝土柱[8]相比，有较高的弹性刚度和极限荷载；与高强混凝土柱[10]相比，有良好的耗能能力和更小的强度退化；与纯钢柱比，有良好的抗失稳能力。
苏献祥的矩形钢管混凝土柱在循环荷载作用下的性能研究中得到矩形钢管混凝土柱承载力高，变形能力强，有较稳定的后期承载力，延性系数在6．89～11．53[11]之间，满足延性柱的抗震要求，矩形钢管混凝土柱的滞回曲线饱满，没有明显的“捏缩”现象，耗能能力强，具有良好的抗震性能。
随着边数越多，钢管混凝土构建的组合性能越好，产生的紧箍力增大，承载力增大，塑性增强，承载力是抗震重要指标之一，因此圆形钢管混凝土具有较好的抗震性能。
矩形钢管混凝土柱与梁节点构造简单、连接方便，还能有效提高构件的延性及有利于防火、抗火等特点，最重要的是矩形截面存在刚度的强轴和弱轴，它可以按要求提高强轴方向的刚度，而弱轴方向刚度基本不变，从而提高截面整体效果；但是矩形各边不相等所以受到的紧箍力不同，不如方形截面受紧箍力相等。圆钢管混凝土构件的钢管对核心混凝上起到了有效的约束，使混凝土的强度得到了提高，塑性和韧性大为改善。截面选择时应该根据实际情况抓住主要的矛盾。
3.2钢管混凝土在房建中用于框架结构、框架剪力墙、剪力墙及筒体结构中。
Kim和 Bradford［12-13］指出钢筋混凝土框架结构抗侧刚度较小,为了使结构既具有较高的抗侧刚度，又有较好的耗能性能和承载力。有钢管混凝土框架结构抗震性能试验研究［14］得出此实验的P一△滞回曲线均呈现出饱满的棱形，充分表明钢管混凝土框架的耗能能力强和延性好。在破坏阶段，梁出现屈服甚至屈曲，得到钢管混凝土柱的抗倾刚度及塑性很好，整个结构的P一△曲线无下降段，具有较强的变形能力。
为减小高层建筑底部剪力墙的厚度，减缓箍筋的密集程度，提高剪力墙的抗震能力，可以采用钢管混凝土剪力墙结构，有试验［15］表明钢管混凝土剪力墙试件的开裂荷载、名义屈服荷载和弹塑性变形能力都大于相同参数的钢筋混凝土剪力墙试件，而且约束边缘构件为端柱的钢管混凝土剪力墙，其变形能力大于约束边缘构件为暗柱的矩形截面钢管混凝土剪力墙。
钢管混凝土减震框架结构在地震中消耗的地震能量相对较小，而钢管混凝土减震框架结构（三重钢管防屈曲支撑）具有与钢管混凝土框架剪力墙结构相当的承载力，并在变形能力延性和耗能能力等方面均有明显的提高，对刚度退化和强度退化也有明显的缓解，具有更合理的受力性能和破坏机制，新型三重钢管防屈曲支撑起到良好的耗能减震作用，有效地改善钢管混凝土框架的抗震性能［16］。
基于性能的钢管混凝土空间筒体结构试验［17］中得出此结构在Y向罕遇地震作用下，单侧支撑屈服，表明对于Y轴不对称的布置，对结构扭转影响显著；结构在X向罕遇地震作用下，个别重要构件钢管混凝土柱进入边缘屈服状态，少数支撑和钢梁边缘屈服，Y向罕遇地震作用下，偏心扭转相对较小，几乎不进入屈服状态，2个方向的层间位移角均小于1/50的要求，但是结构抗震能力完全达到了性能目标D的水准，接近c的水准［18］，得出钢管混凝土空间结构在X向罕遇地震下注意重要构件的强度和延性要求，在Y向罕遇地震作用下注意结构布置对称，避免偏心对结构的扭转作用，只要布置合理抗震性能还是比较强的。
为了改善钢管混凝土框架结构的受力性能，通常在钢管混凝土框架中设置支撑［19-20］来提高结构的抗侧刚度，但是在大震作用下，支撑有可能会出现失稳，可以通设置剪力墙来提高抗侧刚度，但剪力墙与钢管混凝土框架的协同工作以及大震作用下钢管混凝土框架能否成为第二道防线这些都有待研究。
3.3 钢管混凝土可以根据钢管内是否充满混凝土分为实心钢管混凝土与空心钢管混凝土。
实心钢管混凝土结构会使结构自重加大，地震作用下影响效应加大，但是要根据具体工程实际的截面尺寸和承载力来决定是否采用实心钢管混凝土。
诺丁汉特伦特大学的 Y.L.Song 等进行了一组纯空心混凝土短柱与空心钢管混凝土短柱的轴压试验，试验结果表明纯空心混凝土短柱的破坏表现为非常明显的脆性破坏，而空心钢管混凝土短柱则表现出了较好的延性，其承载力几乎比纯空心混凝土短柱提高了50%［21-22］。
K.A.S.Susantha、Hanbin Ge 等人分析了作用在圆形、八边形和方形钢管混凝土柱内填混凝土上的侧压力，指出平均侧压力极值与柱的材料和几何特性有关，研究了各种截面形状的钢管混凝土柱的后期工作性能，对于混凝土强度和后期工作性能，试验结果与计算结果都吻合良好［23］。
方形空心钢管混凝土不适合应用于需要抗震设防的建筑结构中；而圆形截面的空心钢管混凝土，对于不同空心率的构件，控制适当轴压比的限制，能够满足《实、空心钢管混凝土结构设计规程（CECS 254-2011）》中要求的结构分析参数限值。为了满足抗震的要求，规程中关于空心钢管混凝土柱设计轴压比限值给了太大，应当作适当的修正，建议空心钢管混凝土设计轴压比大些，可通过计算满足，此时构件具有较好的抗震性能；轴压比、空心率及截面形式都是影响空心钢管混凝土压弯构件滞回性能的重要参数。其影响为：轴压比越大，滞回环小而且扁瘦，耗能能力越差，强度退化越剧烈，刚度退化越快，对构件初始刚度影响不大，水平极限承载力有先增大后减小趋势，延性减小；空心率越大，滞回环小且扁瘦，耗能能力越差，强度退化剧烈，刚度退化快，构件初始刚度减小，水平极限承载力下降，延性越差；相比于等效面积相同的方形截面构件，由于圆形截面空心钢管混凝土中的钢管和混凝土的组合性能比较强，在压弯作用下，耗能能力更强，强度退化和刚度退化不明显，初始刚度和水平极限承载力增大，且延性较好。
3.4 新型钢管混凝土抗震性能
蔡克铨和林敏郎进行了圆中空夹层钢管混凝土柱抗震性能的试验研究［24］，表明径厚比为150和75的圆中空夹层钢管混凝土柱的峰值应变约为无约束混凝土的1.6～2.3倍，这说明混凝土受到了很大的约束，混凝土三向受压使混凝土延性增加，使得破坏过程减缓。中空夹层钢管混凝土柱的复合弹性模量为实心钢管混凝土柱的1.5倍以上，这说明中空夹层钢管混凝土有较高的复合弹性模量，有较高的轴向刚度。还有即使设计的中空夹层钢管混凝土柱的轴向强度低于实心钢管混凝土柱，但是抗弯能力却比实心钢管混凝土强。
在钢筋混凝土柱的截面中部设置圆钢管的柱,或由截面中部的钢管混凝土和钢管外的钢筋混凝土组合而成的柱,称为钢管混凝土组合柱,简称组合柱；若钢管内外混凝土不同期浇筑,则称为钢管混凝土叠合柱,简称叠合柱。钱稼茹、康洪震开展了对钢管高强混凝土组合柱抗震性能试验研究，其试验得到试件的滞回曲线饱满,位移延性系数都大于4,极限位移角都大于1/40,耗能能力和极限位移角大于参数相近的高强混凝土柱［25］。可以根据地区抗震等级选择是否采用这种组合柱，使其满足抗震要求，同时减少资源的浪费。结束语
钢管混凝土结构与相同参数下钢筋混凝土柱相比有较好的承载力和塑性，因此具有较好的抗震性能。在选择钢管混凝土的截面形式时要根据结构的需要，若设计部位其中一个方向轴向刚度较大，而地区地震作用不大可以选择矩形截面；若地震作用较大时，各方向轴向刚度相差不大的情况下，可以选择圆钢管混凝土。对于空心率下抗震性能要根据计算，然后选择反复荷载下承载力高和钢管与混凝土组合性能比较好的空心率。充分利用已研究的钢管混凝土抗震性能设计方法，计算和验算新型钢管混凝土构件是否可以既节省造价又安全可靠。
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某钢管混凝土拱桥的稳定性分析 篇3
河南省交通科学技术研究院有限公司 河南郑州 450006
摘要：以某座钢管混凝土中承式拱桥为工程背景，采用双单元法和等效弹性模量法计算了该桥的稳定系数及失稳模态，并对结果进行了分析和比较得出一些结论可供类似工程参考。
摘要：钢管混凝土拱桥；稳定性分析；双单元法；等效弹性模量法
一、概述
某桥是一座主跨径为460m的中承式钢管混凝土拱桥，全桥跨径组合为6×12m（引桥）+492m+3×12m（引桥）：引桥为预应力混凝土连续梁，主跨为钢管混凝土中承式拱桥，横梁为组合截面梁，桥面为预应力混凝土“π”型连续梁，全桥吊杆和立柱间距均位12.0m。主跨与拱圈相交处桥面全宽为27.81m，其余各处桥面全宽为19.0m，桥全长为612.20m。拱轴线为悬链线，净跨径为460m，净矢跨比为1/3.8，拱轴系数为1.55。设计荷载为汽车-超20，挂车-120，人群荷载3.5kN/m2，设计风速为26.3m/s（频率1%，10分钟平均最大风速（10m高度处）。根据巫山县气象资料全桥结构体系温差取15℃，上下缘温差取5℃。
主拱肋采用变高度等宽度的钢管混凝土桁架结构，拱脚肋高14.0m，拱顶肋高7.0m，肋宽4.14m，每肋上下两根Φ1220×22（25）mm，内灌60号混凝土的钢管混凝土弦杆。弦杆通过横联钢管Ф711×16mm和竖向钢管Φ610×12mm连接而构成钢管混凝土的桁架，吊杆处竖向两根腹杆（拱脚段為立柱处径向两根腹杆），间设交叉撑，加强拱肋横向连接。
拱肋中矩为19.7m。两肋间桥面设置“K”形横撑。桥面以下的拱脚段设置“米”形撑，每道横撑均为空钢管桁架。拱肋与桥面交接处，设置一道肋间横撑，全桥共设横撑20道。
吊杆采用109Ф7mm预应力环氧喷涂钢丝，两端采用OVMLZMT-109型冷铸锚具，上下两端锚具设有可调节横梁的螺母。吊杆钢丝外采用PE防护，人行道以上的吊杆外套Ф146×5mm不锈钢管。吊杆横梁和钢管混凝土拱肋上立柱横梁为预应力混凝土组合截面梁，便于就地安装和连接。
桥面净宽为15.0m+2×1.5m（人行道）+2×0.5m（栏杆）。行车为先简支，后连续的预应力“π”形连续梁，梁高110cm，梁体预制长度1170cm（伸缩缝处梁除外），吊装就位后，采用窄间隙式焊接连续梁肋上，下缘主钢筋，再现浇接头混凝土30cm形成连续梁。人行道梁也为先简支后连续的“π”形梁。梁高115cm，每跨的跨中及两端设上下横撑梁。
二、有限元模型介绍
2.1 单元介绍
（1）索单元
索单元是有着广泛的工程应用的三维杆单元，可以用来模拟：桁架、缆索、吊杆、弹簧等。这种三维杆单元是杆轴方向的拉压单元，每个节点具有三个自由度：沿节点坐标系x、y、z，方向的平动，本单元不承受弯矩。
（2）梁单元
梁单元是一种具有承受拉、压、扭转和弯曲能力的单轴梁。单元每个节点有6个自由度：x、y、z，方向的平移和x、y、z，轴向的转动。这个单元允许具有不对称的端面结构，并且允许端面节点偏离截面形心位置。
2.2单元的选取
（1）钢管混凝土拱肋
钢管混凝土拱肋采用梁单元模拟，考虑几何非线性，按照设计图纸在各构件交接处设置空间节点。
（2）主梁以及拱上立柱
本模型亦不主梁和拱上立柱的材料非线性，只考虑几何非线性，采用弹性空间梁单元模拟。
（3）吊杆
吊杆采用空间杆单元索单元来模拟
2.3全桥三维有限元模型
图2.1 有限元模型
2.4 钢管与混凝土脱空的模拟
本文进行两类稳定分析时，采用了两种建立单元的方法，其一为双单元法，不考虑混凝土单元和钢管单元的粘结作用，混凝土单元和钢管单元只在节点处变形协调，而在单元的其它部位，钢管和混凝土并不接触。令一种方式为等效截面法，即按照抗弯刚度和抗压刚度等效的原则将钢和混凝土换算成同一种材料进行模拟。
2.5稳定安全系数的定义
本文在计算稳定安全系数时，荷载采用恒载+车道荷载的组合；
K=（λcr PL+Pd）/（PL+Pd）（2.1）
K—结构稳定安全系数；
Pd—结构的恒载；
PL—结构的活荷载；
λcr—结构失稳时所加荷载的倍数；
2.6稳定系数计算
2.6.1双单元法计算结果
（1）第一类稳定稳定系数及稳定系数：
本部分采用特征值屈曲分析求解此结构的稳定安全系数，荷载取为恒载+车道荷载，车道的荷载的集中力加在主梁的四分点处。
表2.1 稳定安全系数
阶数稳定安全系数失稳模态
一阶4.23面外半波正对称
二阶4.69面外全波反对称
图2.2第一阶失稳模态 图2.3第二阶失稳模态
（2）第二类稳定分析
钢管混凝土的特点 篇4
钢管混凝土通过在钢管内填充混凝土, 通过径向约束从而限制混凝土的膨胀, 使混凝土处于三向受压状态, 从而显著改善混凝土的抗压强度。同时钢管兼做为施工模板的作用, 并作为钢筋混凝土工程中的主筋和横向套箍。焊接工艺简单, 吊装操作方便, 施工简化后大大地缩短工期。
1项目概况
某高层地下室采用钢管混凝土盖的地下室, 地下室建筑面积3000m2, 这也是我国众多钢管混凝土结构中的一种典型形式。该地下室钢管混凝土通过张拉系杆来平衡提高上部结构的承载力, 所产生的大部分水平推力, 大大降低了平原或软基地区下部与基础的工程量与造价, 且造型美观承载力高, 也可以说把钢管混凝土拱桥的跨径推上了一个新的台阶。
2钢管混凝土的结构特点
我国的钢管混凝土无论是在应用方面还是研究领域都取得了长足的进步和发展。钢管混凝土是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型的结构组合, 钢管混凝土有效地发挥了钢管和混凝土两种材料的优点, 同时克服了钢管构件容易发生局部弯扭的缺点。表1给出了钢管混凝土柱与钢筋混凝土、型钢混凝土和钢结构柱等的各个项目的比较:
2.1承载力高、抗震性能优越
钢管混凝土柱中, 混凝土被钢管限制约束, 使混凝土处于三向受压有效地阻止了混凝土的局部扭曲, 延缓了混凝土的纵向开裂, 两种材料相互弥补了彼此的弱点, 充分发挥了各自的性能, 大大改善了混凝土的抗压强度;同时耗能能力大大提高, 具有优越的抗震性能。研究表明, 当试件压缩至原长的2/3之后纵向应变能力提高了30%试件仍有很高的承载力。钢管混凝土在反复荷载作用下, 结构的吸能提高, 无刚度锐减且无下降。工程实例证明, 钢管混凝土结构的承载力远高于单独的钢管柱和混凝土柱的承载力之和。
2.2施工方便, 有利于缩短工期
钢管混凝土的结构简单, 在施工中, 钢管既作为骨架承担荷载又兼做结构重量。施工时减少柱零件, 也省去了模板工程, 钢管既节省了材料费用, 又减少了人工费。结构组装中混凝土内部少了钢筋笼, 减少了钢筋下料和绑扎等工序, 便于混凝土的振捣和密实。由于构件自重轻, 运输和吊装也简单, 板材厚度一般在40mm以下, 无论焊接还是其他方式的连接, 都没有很多工序。在浇筑混凝土后, 钢管内部处于相对稳定的温度湿度, 水分不易蒸发, 简化了混凝土养护, 施工不受时间限制。
2.3有利于结构的抗火和防火
由于混凝土具有很强的吸热能力, 因此当钢管柱遭遇火灾时, 柱表明的温度会被混凝土吸收, 同时钢管又可以保护混凝土防止发生崩裂的可能, 使钢管柱的温度分散不均匀, 增加了柱的耐火性能, 减缓了升温时间。假设钢管屈服, 钢管会把卸下的荷载传给核心筒中的混凝土, 混凝土还可以承受大部分的荷载, 防止结构坍塌。工程实践证明, 当达到一级耐火3h要求下, 钢柱的防火涂料可以节约30%~60%, 随着钢管直径的增大, 涂料也相应减少。由于钢管和混凝土之间相互协同工作, 共同发挥自个的优势, 使钢管混凝土具有较好的耐火和防火性能。
2.4耐腐蚀性能强
混凝土本身是一种非均匀性的多空材料, 在外界水汽和二氧化碳、硫酸盐等反复侵蚀作用下, 不可避免地会加速破坏使寿命大打折扣。但钢管有效地保护了混凝土, 使混凝土外漏面减少, 把尽量多的介质隔绝在钢管外, 抗腐蚀所需要的费用也比其他的结构少。
3钢管混凝土的应用
3.1大跨度结构
随着国家建设力度的加大, 对于基础设施中的公路桥梁要穿越山川河谷海湾等大跨度的地方, 钢管混凝土在我国已经被广泛应用到斜拉桥和拱桥结构中。在钢管混凝土结构中, 当跨度很大时, 钢管混凝土将会承受很大的轴向力, 钢管既可以作为安装骨架又可以作为结构的骨架, 并且减少了模板工程。在我国, 跨度超过100m的钢管混凝土结构桥就有30多座, 其中以重庆万县长江公路大桥跨度420为钢管混凝土跨度之最。
3.2高层建筑
在高层和超高层建筑中, 钢管混凝土的承载力高、抗震性能好和取材方便等优点更加突出, 且具有耐腐蚀和防火性能, 钢管混凝土逐步地取代了钢筋混凝土柱和钢管柱, 从而解决了在结构中“胖柱”的问题, 降低了工程造价, 也解决了钢筋混凝土结构中的柱容易发生脆性破坏的问题。同时由于结构的自重轻, 减轻了基础负重, 降低基础造价。钢管混凝土具有不易倒塌和修复加固等优点。在高层建筑中, 钢管混凝土可以采用逆作法施工, 可以加快施工进度。
3.3其他应用
钢管混凝土同时还广泛应用于工业厂房柱, 为了发挥结构的特点, 很多工程中的柱采用格构式组合, 直接把偏心弯矩变为轴心受力, 使整个结构变得更加轻巧而刚度大的同时节约了钢材。
地铁车站也普遍地采用钢管混凝土结构, 钢管混凝土在这里能显示出更多的优越性, 有效地利用地下空间, 通常采用逆作法表现为深埋或者浅埋, 通过先施工地下室的顶盖, 在顶盖保护下进行开挖, 然后从顶到底顺序进行施工。钢管混凝土柱将施工阶段划分为临时和永久结构, 因此是最好的选择。
4钢管混凝土结构质量安全控制措施
4.1钢管的拼装焊接
钢管拼装焊接涉及到吊装和焊接两个工序。
钢管在吊装过程中, 要做好防止钢管弯曲变形的措施, 吊点和起吊速度要根据钢管本身的长度和重量根据计算验证后再确定。吊装时要将管口包封, 防止异物落入管内, 吊装中如发现错位要及时矫正, 保证钢管的稳定。
钢管混凝土柱一般采用焊接的方法连接, 优先采用螺旋焊管或者滚床自行卷制管。钢管连接时, 要保证钢管表明的平整和垂直, 不得有挠起或者腐蚀冲击现象, 如表面有铁锈, 要及时清除, 否则会影响后期的承载力。在钢管连接过程中, 钢管的焊接顺序和焊接方法要事先确定, 并且要做好焊接出错的的组织措施。焊接过程中, 防止焊接点出现裂缝, 否则要重新焊接。施工过程中, 为了防止焊错位, 要在管内接缝处设置附加管衬。
4.2混凝土浇筑
钢管结构中的混凝土要区别于一般的混凝土, 对于流动性和可塑性要经过实验确定, 在浇筑前, 要经过实验进行塌落度的选取。混凝土在运输容器内要严密不漏浆, 容器的内部要平整不吸水, 运输中要保持均匀性, 避免发生离淅和分层现象, 尽量减少倒转运输次数的时间, 在混凝土浇筑过程中尽量连续浇筑。在浇筑中可根据施工情况选择导管浇筑或者泵送顶升浇筑、人工逐层浇筑等方法。
4.3质量检查
钢管混凝土中混凝土柱的质量对整个构件的受力有着较大的影响, 加强混凝土的质量尤为重要。混凝土在浇筑之前要对拌制用料和用量、塌落度进行检查, 施工后期要对已完工的混凝土进行外观质量和强度校核。质量检查的结果要符合《钢管混凝土结构设计与施工规程》, 检测方法有敲击法、钻芯法和超声波法, 必要的时候还可以通过应力波检测措施进行检查。
5结语
近30年来, 随着我国经济的迅猛发展, 钢管混凝土被逐渐应用在高层和超高层建筑中, 随着建筑高度的增加, 钢管混凝土将会得到更广泛的发展。但是由于钢管混凝土在我国的应用并不是很久, 所以, 关于此领域的理论研究和工程实践仍然需要很长的时间。但是, 随着研究的不断深入, 钢管混凝土将会更广泛地应用到国家基础建设的各个领域。
参考文献
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钢管混凝土的特点 篇5
摘 要：在我国当下的建筑工程项目施工中，钢管混凝土技术在其中有着较为广泛地应用，并已成为建筑工程项目的关键性技术之一，文章就钢管混凝土机构在建筑工程项目中的应用进行相关研究，希望能以此推动我国建筑业的相关发展。
关键词：钢管混凝土;结构;建筑工程
随着我国钢产量的不断增长，钢筋建材越来越受到我国建筑业的青睐，其在建筑工程项目建设中所运用的频率也日渐增加，钢管混凝土技术就是其中应用较为广泛的一种施工技术。钢管混凝土技术本身拥有承载力高、塑性与韧性好的特点，所以对其进行相关研究有着很强的现实意义。
1 钢管混凝土结构的施工特点
顾名思义，钢管混凝土结构技术是由钢管与混凝土合作进行的一种建筑工程项目施工技术，因此其在具体应用中往往有着一定方面与钢结构与混凝土结构类似，这种类似性使得钢管混凝土结构技术在具体建筑工程项目的施工中必须严格按照《钢结构工程项目施工规范》与《混凝土结构工程项目施工规范》进行具体施工的进行，只有这样才能保证相关建筑工程项目的顺利施工。此外，由于钢管混凝土结构技术是一种组合型结构技术，这就使得其在具体施工中有着一定特点，笔者将其总结如下：(1)在钢管混凝土结构技术的具体应用中，有时候需要浇灌的空间极为狭小，因此相关施工人员必须格外注意钢管混凝土结构技术应用中的浇灌质量。(2)由于钢管混凝土结构技术运用中有时会采用一些较长的钢管肢管，这就使得其在具体运用中往往需要进行多次浇灌。(3)在钢管混凝土结构技术的具体应用中，由于一些地方的焊接难度较大，这就使得其在具体运用中很容易对混凝土造成烧伤影响，因此相关施工人员在施工中必须对其格外注意。(4)钢管混凝土结构技术的运用中需要考虑拼装间隙要求、施工精度等问题，这些都是施工人员需要注意的问题。
2 钢管混凝土结构的施工方法
上文中我们了解了钢管混凝土结构技术的施工特点，在下文中笔者将对我国现阶段建筑工程项目施工中常采用的钢管混凝土结构的施工方法进行论述，希望能对我国建筑业的相关发展带来一定启发。
2.1 立式手工浇捣法
立式手工浇捣法是一种我国建筑工程项目施工中常见的钢管混凝土结构施工方法，其通过完成相关构件安装后向钢管内进行多次混凝土连续浇灌，以此完成相关钢管混凝土结构的施工。立式手工浇捣法是一种施工速度较慢、效率也较为低下的钢管混凝土结构施工技术，因此其在具体应用中往往存在着质量问题，其具体应用流程如下。
立式手工浇捣法在具体应用中需要在钢管底部首先浇灌一层水泥砂浆，通过对相关钢管底部的封锁避免混凝土的连续浇灌中出现弹跳现象。在完成水泥砂浆的浇灌后，相关施工人员就可以从钢管上口对其进行连续的混凝土浇灌，在浇灌过程中相关施工人员需要通过振捣器将其积压的更为密实，并在浇灌的不同环节对振捣器进行相关调整，最后保证浇灌的混凝土稍稍溢出钢管，在这一步完成后，相关建筑工程项目的施工人员需要迅速将端板紧压钢管并进行点焊，这里使用的端板需要具有排气孔，这点需要相关施工人员注意。
2.2 高位抛落无振捣法
跟上文中提到的立式手工浇捣法一样，高位抛落无振捣法也是我国建筑工程项目施工中常见的钢管混凝土结构施工方法，高位抛落无振捣法是通过将混凝土从高位抛落的方式替代上文中提到的振捣器，这种钢管混凝土结构施工方法具有一定的先进性。高位抛落无振捣法在建筑工程项目的具体应用中，相关施工人员首先需要对施工中所使用的混凝土进行严格配比，保证其在高位抛落无振捣法的具体应用中不会出现离析分层的现象发生。在相关施工人员对混凝土进行具体的配比中，其不仅需要通过对混凝土中水灰比的控制保证混凝土的强度，还需要通过在混凝土配料中添加一定外加剂的方式保证混凝土的流动性与适当的粘度，以此保证高位抛落无振捣法能够在建筑工程项目施工中顺利运用。
高位抛落无振捣法因为在建筑工程项目的施工过程中通过对混凝土的配置免去了立式手工浇捣法所必需的振捣作业，这就使得高位抛落无振捣法具有施工流程简单、施工效率较高的优点，其在具体运用中还能起到降低工程造价的作用，是一种较为优秀的钢管混凝有结构施工技术。不过高位抛落无振捣法只能怪运用于钢管直径大于350mm、钢管高度高于4m的建筑工程项目中，所以其自身也存在这一一定局限性。
2.3 混凝土泵送顶升浇灌法
混凝土泵送顶升浇灌法同样是一种建筑工程项目施工中常见的钢管混凝土结构施工方法，其通过在适当高度安装进料支管的方式，通过泵车提供混凝土，完成由下至上连续的钢管混凝土灌入，依次进行具体的建筑工程项目施工。从本质上看，混凝土泵送顶升浇灌法与高位抛落无振捣法在具体建筑工程项目施工中有着一定相似之处，其同样需要相关施工人员把握好混凝土的相关配比，方能进行具体的混凝土浇灌工作。在混凝土泵送顶升浇灌法的.具体建筑工程项目施工的运用中，相关施工人员首先需要对钢管的肢管位置开设一个临时的浇灌孔，并在这一位置焊接一个临时的短钢管“判畏А保这一“判畏А钡陌沧笆俏了在混凝土浇灌过程中可能发生的混凝土倒流而做的防范工作。在通过由下至上连续的钢管混凝土灌入结束后，相关建筑工程项目施工人员就可以将输送管卸下，等待浇灌的混凝土最终彻底凝固，在混凝土凝固后，相关施工人员就可以将施工中使用的“判畏А倍谈止芨钊ィ并将钢管肢管位置的浇灌孔进行修补，使其恢复原有模样。混凝土泵送顶升浇灌法与高位抛落无振捣法一样有着施工效率高的特点，而相较于上文中提到的两种钢管混凝土结构施工法来说，混凝土泵送顶升浇灌法的浇灌质量更高，当然其也具有美观度不足的问题，但总的来说混凝土泵送顶升浇灌法是一种较为完善的钢管混凝土结构施工方法。
3 结语
随着我国建筑业的不断发展，我国钢管混凝土结构施工方法也得到了极大的提升，为了保证我国建筑工程项目的质量不断提高，相关研究人员一定要对钢管混凝土结构的施工方法进行不断研究，以此推动我国社会的整体发展。
参考文献
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钢管混凝土的特点 篇6
关键词：自流平混凝土 钢管混凝土系杆拱桥 UEA微膨胀剂 施工
中图分类号：G27 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）06（a）-0000-00
一、工程概况
扬州新万福路改建工程江阳大桥，主跨采用120m哑铃形钢管混凝土系杆拱结构，矢跨比1/5，拱高24m，桥面总宽度20.75m，采用盆式钢支座。拱脚与引桥分别设D-160及D-80伸缩缝各一道。该桥拱脚采用了C55自流平混凝土施工，拱肋采用了C50自流平混凝土施工。该系杆拱的拱脚部位采用厚20mm钢板四面包封加固，仅开设直径150mm振捣孔，内植剪力钉，底板与盆式支座部位也采用钢板加固，该部位系梁钢筋、端横梁钢筋、预应力波纹管纵横交错，如采用常规混凝土施工方案，无法保证拱脚部位尤其是支座顶面混凝土密实。钢管拱肋内存在大量加固钢肋，吊索锚箱、加固弹簧钢筋，拱肋高度24m，如直接采用从拱脚压注混凝土至拱顶方法施工，极易造成堵塞和混凝土压力过大爆管等事故。
二、自流平混凝土的配制、运输、浇筑、养生
2.1 C55自流平混凝土应用于拱脚
2.1.1自流平混凝土材料配合比由有资质的实验室出具配合比试验报告，并在施工现场工况条件下进行配合比的验证工作。
2.1.2每一批次自流平混凝土生产之前均进行集料含水率测定，并据此调整施工配合比，按施工配合比在试验室进行试拌，验证拌和物坍落度、扩展度等工作性能与配合比复验时一致后方可开始生产。
2.1.3由于自流平混凝土用料组分较多，需严格计量精度，生产前对计量设备需重新进行校验，清理生产系统内残留物等。为保证自流平混凝土各组份能充分搅拌均匀，施工时适当延长混凝土搅拌时间。
2.1.4自流平混凝土拌合物的运输采用搅拌车加泵送，每罐混凝土到达现场后，均应做塌落度、扩展度试验。
2.1.5自流平混凝土在自拌和机进入混凝土泵受料斗后，需不间断地进行搅拌，严防板结，且泵送间隔时间不宜过长。
2.1.6自流平混凝土浇筑宜自最低点开始，以防骨料与浆体分离。由于自流平混凝土极易板结，因此，在浇筑时不宜频繁变换布料点位置，以利混凝土按序流动，及时排出气泡。同时浇筑速度在满足初凝前覆盖的条件下宜缓慢均衡进行。
2.1.7自流平混凝土成型模板若采用竹胶板等憎水性等模板时，仅需模板外侧采用小锤轻击帮助排出微气泡；若采用钢、木模板时宜采用钢钎贴模板面钎插并辅以小锤在模板外轻击即可获得良好的效果。
2.1.8自流平混凝土的养护。由于自流平混凝土水泥用量低，水化作用过程中产生的热量较小，因此无需洒水养护，采用塑料膜等不透水材料予以覆盖即可（冬期施工尚需采用保温措施）。
2.1.9试块制作时，在拌和物入模后只需轻轻晃动即可。
2.2 C50自流平钢管混凝土拱肋的施工
江阳大桥采用无支架法先拱后杆施工，在钢管拱肋混凝土的施工阶段，为保证钢管受力效果，采用先灌下肢钢管，后灌上肢钢管，再灌腹腔混凝土的灌注顺序。
2.2.1为保证混凝土的成型效果，目前钢管混凝土拱肋的混凝土灌注均采用在拱脚开口对称顶压方式向上压注。但是，以下几点始终较难克服：
⑴由于施工工艺和混凝土收缩，混凝土总是无法完全充满钢管空腹中，使得“紧箍效应”无法实现，混凝土不能达到三轴压缩的理想效果。[1]
⑵由于钢管拱肋为薄壁结构，为防止拱肋变形，混凝土顶升时须严格进行混凝土输送泵压力的控制，针对不同矢高的钢管拱肋，必要时尚需分段顶升。但由于进料支管与拱轴线必然存在夹角，且顶升阶段混凝土必须持续具备良好的流动性并维持泵压，这就使拱肋更易变形，影响桥梁外观。[2]
⑶部分桥梁钢管拱肋混凝土采用添加UEA微膨胀剂的办法试图保证紧箍效应的实现，但是，UEA微膨胀剂只在混凝土低龄期阶段具有微膨胀效果，随着龄期的增长，混凝土的收缩仍然不可避免，且微膨胀形成的应力若超过钢管拱肋的允许应力，将造成不可收拾的局面。
⑷由于进料支管与拱轴线存在夹角，造成开口部位钢管拱肋整体性受到严重削弱。
⑸由于混凝土前端润管砂浆失水、管内锚箱及加筋肋阻碍、拱高等因素影响，易在压注过程中发生阻管或爆管现象。
2.2.2江阳桥拱肋采用了C50自流平自应力钢管混凝土，采用混合浇筑方案，即先采用在拱脚开口顶压方式灌注，后分级从2/8（6/8）、3/8（5/8）及拱顶对称明灌法施工，较好地解决了上述问题。
⑴不采用砂浆润管，采用少量同标号少碎石混凝土润管，保证明灌浇筑时与先浇筑混凝土的连接，由于采用了自流平自应力钢管混凝土，保证了混凝土的密实度；其配合比设计中在添加UEA微膨胀剂的同时又添加了聚丙烯腈纤维，使UEA微膨胀剂在混凝土低龄期阶段的微膨胀应力得到内部约束，避免了混凝土随着龄期的增长而出现的收缩。
⑵由于明灌时，混凝土拌合物输送出泵管后即自拱顶向拱脚自流，自行从下向上分层密实，因此，无须进行混凝土输送泵压控制，避免了拱肋钢结构因泵压力而出现变形。
⑶采用分级明灌可避免混凝土因流动距离过长而产生离析和板结。
2.2.3其他施工注意事项同一般自流平混凝土的施工。
2.2.4灌浆口钢管拆除后，混凝土断口处观感密实无气孔现象，在混凝土龄期大于28天后，采用超声波对拱肋进行了全面检查，尤其是对锚箱下侧进行检查，发现少量的空隙，即采用钻孔压注环氧树脂水泥浆的方法进行补救。
三、自流平混凝土的使用效果分析
3.1由于混凝土拌和物坍落度、扩展度等工作性能极佳，且无须振捣，自流平混凝土特别适用于结构复杂、钢筋密集的高强预应力混凝土薄壁构件。拆模后对盆式支座附近混凝土进行超声波检测，江阳大桥拱脚采用了C55自流平混凝土施工的构件均达到了混凝土内实外光，且无一预应力管道堵塞的效果。
3.2由于自流平混凝土灌注时无须振捣，既减少了机械使用费，又有效地降低了施工期间的噪音，满足了环保要求。
3.3拱肋C50自流平混凝土灌注后，经监控单位观测未发现拱肋的变形现象，保证了设计外观线形顺畅。
3.4江阳大桥C55拱脚混凝土共制作试件4组，其28天抗压强度平均值及最小值分别为83.4MPa、80.1 MPa。C50拱肋自流平混凝土施工期间共现场随机取样制备试块14组，其28天抗压强度平均值及最小值分别为59.7MPa、50MPa，特征值49.1MPa，标准差6.4MPa，均满足现行《混凝土强度检验评定标准》GB50107-2010的要求。拱脚混凝土强度经回弹检测，其结果与试件强度较接近。
3.5由于混凝土配合比设计中掺入了适量粉煤灰，使水泥水化作用产生的氢氧化钙与粉煤灰中的硅、铝成分进行二次反应，即波索兰（pozzolanic mateerial）反应，反应物将会使混凝土更致密，混凝土强度在28天后仍然将会有明显的增长，并改善混凝土耐久性。[3]
3.6桥梁通车前（2015年3月），江苏省交通规划设计研究院股份有限公司对江阳大桥进行了桥梁动静荷载试验，结果表明，本桥在最不利荷载作用下具有很好的刚度和整体性，主要控制截面的应力、应变及挠度均满足设计荷载等级“汽-超20，挂-120”的承载能力要求，满足了设计要求。
参考文献：
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钢管混凝土的应用现状 篇7
从1897年美国人John Lally在圆钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱 (称为Y柱) 并获得专利算起, 钢管混凝土结构在土木工程中的应用己有百年历史。钢管混凝土优越的力学性能, 一开始就受到美欧各国土木工程界的重视, 竞相开发利用。我国钢管混凝土结构的开发利用也有近40年的历史, 经过大量理论工作者的不断研究使其在理论研究、施工工艺方面有了很大的进展。
1 在理论研究方面
在西欧一些国家, 如英国、德国和法国等, 主要研究方钢管混凝土、圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土结构, 核心混凝土为素混凝土, 或在核心混凝土中配置钢筋或型钢, 目前的设计规程主要有欧洲EC4 (1996) 和德国DIN18806 (1997) 。在美国, 以研究方钢管混凝土和圆钢管混凝土为主, 核心混凝土为素混凝土, 设计规程主要有ACI 319-89, SSLC (1979) 和LRFD (1999) 等。在日本, 主要研究方钢管混凝土、圆钢管混凝土和矩形钢管混凝土结构, 核心混凝土为素混凝土或配筋混凝土;目前的设计规程主要有AIJ (1980, 1997) 。各国的设计规程有各自的理论和应用特点, 基本上都反映了该国的最新研究成果, 推进和引导了国际范围内钢管混凝土结构的研究和发展。我国的研究主要集中在钢管中灌素混凝土的内填型钢管混凝土结构。目前已先后由国家建材总局、中国工程建设标准化协会、国家经济贸易委员会等单位颁布发行了有关钢管混凝土结构的设计规程, 分别是:JCJ01—89, CECS28:90, DL5085, l999和GJB 4142—2000。而且, 钢-混凝土组合结构 (包括钢管混凝土) 己被列入国家科技成果重点推广项目。
2 钢管混凝土在住宅中的应用
20世纪60年代, 钢管混凝土开始应用于工业与民用建筑。随着理论研究的深入、设计规程的颁布和其自身具有的优点, 钢管混凝土被越来越广泛地应用于单层和多层工业厂房柱、设备构架柱、各种构架、支架、栈桥柱、地铁站台柱、迭变电杆塔、桁架压杆、桩、空间结构;近10年又被应用于桥梁结构、高层和超高层建筑中, 特别是近2～3年, 它被越来越多地应用于住宅建筑中, 并取得了良好的经济效益和建筑效果。
一方面是因为钢结构自身具有科技含量较高, 利于环境保护, 且可再生利用等优点;另一方面是由于我国钢产量大幅度增加, 世界钢产量日趋饱和, 钢材价格随之下降, 所以近年来我国开始大力推广钢结构, 鼓励采用钢结构。建设都等部门也为此制定了加速推广建筑钢结构发展和应用的目标, 确定“十五”期间以推广住宅钢结构为重点, 力争在“十五”期间使我国建筑钢结构用钢量达到全国钢材总产量的3%, 到2015年达到6%。住宅建筑历来居建筑业首位, 所以在住宅建筑中推广钢结构势在必行。住宅钢结构, 有低层、多层和高层之分。3层以下为低层, 9层以下为多层, 9层以上为高层, 10～l2层又称小高层。住宅钢结构, 考虑抗震要求, 一般不宜超过12层, 同时又由于我国人口众多, 土地资源相对不足, 城市住宅需求量迅速增长, 所以宜发展多层和小高层钢结构住宅, 但在人口密度大的城市, 仍然是以高层为主。住宅钢结构, 具有柱子用量少, 室内有效使用空间大, 房屋空间布置灵活, 结构性能好等优点。它所选择的结构体系一般是:5～6层以下, 框架体系或框梨一支撑体系;6层以上, 框架-支撑体系或框架-混凝土剪力墙 (核心简) 体系;多层, 大多采用双重体系。钢结构住宅采用的框架柱有H型钢柱、钢管砼柱和钢骨砼柱, 后两种为组合柱。在小高层建筑中, 组合柱比H型钢柱省钢, 进而也就可以降低工程造价;但是, 钢骨砼柱的施工较钢管混凝土柱施工复杂, 因此, 在住宅钢结构中推广钢管混凝土势在必行。
我国在上海、天津、辽宁、新疆等地分别兴建了一些以钢管混凝土作为框架柱的钢结构住宅试点工程, 促进钢结构住宅在我国的发展历程。众所周知, 上海人口密度大, 土地资源宝贵, 因此, 上海的试点钢结构住宅多选用高层。而天津、辽宁、新疆等地人口密度相对较小, 所以多选用了小高层和多层。钢管混凝土在住宅建筑中的应用方面又迈出了一步, 这一步的迈进意义重大, 因为它实现了由高层到小高层、多层钢管混凝土结构的发展, 为其大量的应用开辟了新局面。
3 钢管混凝土存在的问题
3.1 钢管混凝土拱桥构件脱空问题
与工民建厂房内的钢管混凝土柱不同, 钢管混凝土拱桥构件处在大气中, 直接承受阳光作用, 在夏天钢管表面温度高达80 ℃, 内部核心混凝土50 ℃。钢管混凝土拱经过5～10年, 核心混凝土收缩、徐变完成 (相当于温降20 ℃) 。这2种情况共同作用, 相当发生约70 ℃温差, 在大直径钢管中导致钢管和核心混凝土脱空 (即钢管与核心混凝土分离) , 特别是在拱顶部位。这种情况将使整个钢管混凝土拱受力模式产生重大变化。钢管混凝土受轴压、核心混凝土温度下降、外钢管温度上升等3种因素都将引起脱空。
3.2 套箍力作用问题
钢管混凝土的“套箍作用”, 目前己有相当的理论和计算方法, 但这些方法多是针对建筑结构提出的。对于拱桥结构的钢管混凝土, 因为钢管混凝土“套箍作用”发生的条件是核心混凝土的泊松比大于钢管的泊松比, 要达到这个条件, 核心混凝土必须有相当高的应力, 而这在桥梁设计中是要极力避免的, 桥梁营运当中也是不能利用的, 因此此种效应只能作为一种潜在的强度储备。
3.3 侧向稳定问题
大跨度钢管混凝士拱桥在施工中, 侧向稳定问题突出。很多桥例分析表明, 在安装吊杆及其横梁、安装中部定位梁及行车道板预制件时, 中部行车道形成连续体系, 此时稳定安全系数不到3, 而按一般的设计、施工经验, 安全系数应大于4, 因此, 研究钢管混凝土拱桥施工期侧向稳定可靠度非常有必要。
3.4 温度问题
钢管混凝土拱桥一般为露天, 大气温度对钢管影响较快, 对核心混凝土影响较慢, 因此, 在太阳照射下或骤然降温时都会造成内外较大的温差, 从而产生较大的自应力。另外, 钢管混凝土拱桥不存在合拢温度, 这是因为空钢管合拢时, 其拱肋截面还末形成, 因此, 其“相当合拢温度”或称“计算合拢温度”还有待进一步研究。
参考文献
[1]黄玮.大跨度钢管混凝土拱桥稳定性研究[D].西南交通大学, 2008.
[2]蔡绍华.现代钢管混凝土结构[M].北京:人民交通出版社.2003.
[3]韩林海.钢管混凝土结构[M].北京:科技出版社.2O00.
[4]钟善桐.钢管混凝土结构[M].北京:清华大学出版社, 2003.
[5]蔡绍怀.现代钢管混凝土结构[M].北京:人民交通出版社, 2007.
钢管再生混凝土的研究现状 篇8
随着我国经济的不断发展和建筑业的更新换代, 建筑物建造和拆除施工过程中产生了大量的建筑垃圾, 其中30%~40%为废弃混凝土, 这些废弃混凝土的处理费用惊人, 而且对社会和环境产生了巨大的危害。将废弃混凝土回收利用再生混凝土用于建筑工程是实现建筑资源可持续发展的重要举措。因为再生混凝土的力学性能相对于普通混凝土有所下降, 目前大多应用于道路等非结构体系中。
钢管混凝土将钢材和混凝土有机结合起来, 既能借助内填混凝土提高钢管壁受压时的稳定性, 又能提高混凝土的抗压强度和延性。钢管混凝土因其优越的力学性能和良好的抗震性能在高层和超高层建筑中被广泛应用。
将再生混凝土灌入钢管中形成钢管再生混凝土, 能发挥钢管和混凝土各自的优势, 为废弃混凝土应用提供了重要的途径。钢管再生混凝土的研究尚处于起步阶段, 近年来许多专家和学者纷纷展开研究。
1 钢管再生混凝土柱轴压力学性能研究
钢管再生混凝土轴压性能是研究钢管再生混凝土结构的基础, 国内外的研究都以轴压力学性能为基础展开研究。
国外Konno等[2~3]研究了钢管再生混凝土柱的强度和变形能力, 共进行了包括钢管约束混凝土在内的10个构件的试验, 研究表明钢管再生混凝土柱的力学性能与钢管普通混凝土柱相似, 由于核心再生混凝土的强度及弹性模量较普通混凝土略有降低, 所以刚度和承载力有降低的趋势。
由文献[4]知影响钢管普通混凝土短柱轴压力学性能的主要因素有含钢率、钢材屈服强度以及混凝土抗压强度, 而对钢管再生混凝土, 还需要在此基础上考虑骨料取代率这一重要因素。
杨有福[5]通过对8个钢管再生混凝土短柱以及2个钢管混凝土轴压短柱进行试验研究, 比较了钢管再生混凝土与钢管混凝土的荷载-变形关系曲线和强度承载力曲线。研究表明:钢管再生混凝土轴压短柱与钢管混凝轴压短柱的荷载-变形关系曲线系相似, 钢管再生混凝土的强度承载力低于钢管混凝土的强度承载力, 并且随着骨料取代率的增加有降低的趋势。
邱昌龙[6]研究了钢管再生混凝土短柱的受压性能, 包括破坏形态、承载力、荷载-位移和应力-应变关系, 并和普通混凝土短柱进行了对比。研究表明:钢管再生混凝土和普通钢管混凝土短柱的破坏形态是一致的, 并且两者的应力-应变曲线和荷载-位移曲线基本相似, 钢管再生混凝土构件的承载力和刚度均低于相应的钢管普通混凝土构件。
纵斌[7]考虑再生骨料取代率和钢管再生混凝土强度的影响, 进行了相同用钢量的12个钢管再生混凝土短柱和12个钢筋再生混凝土短柱的轴心受压极限承载力试验, 试验表明当再生混凝土中再生骨料从0增加至100%时, 钢管再生混凝土短柱和钢筋再生混凝土短柱的承载力均有5%左右的下降。钢管再生混凝土轴压短柱的轴压刚度和轴压极限承载可以使用国内外现行规程进行估计。
陈杰[8]进行了18个钢管再生混凝土及6个钢管普通混凝土轴心受压构件的试验研究, 研究表明两者的荷载-应变曲线相似, 再生粗骨料并不明显降低钢管混凝土构件的承载力, 核心再生混凝土强度、含钢率及钢材屈服强度对钢管再生混凝土轴心受压短柱承载力的影响与普通混凝土类似。
王玉银等[9]在用钢量相同的情况下, 进行了12个钢管再生混凝土和12个配置螺旋箍筋的钢筋再生混凝土轴压短柱试验。试验结果表明:钢管再生混凝土试件较相同用钢量的钢筋再生混凝土试件表现出更好的力学性能;极限承载力方面, 再生粗骨料替代率对钢管混凝土短柱的影响幅度相对钢筋再生混凝土短柱较小;核心再生混凝土强度对轴压短柱力学性能的影响规律与相应的钢管普通混凝土短柱和钢筋普通混凝土类似。
2 钢管再生混凝土柱压弯及纯弯构件力学性能
杨有福[10]课题组制作了56个钢管再生混凝土构件 (包括24个轴压短柱、8个纯弯构件和24个压弯构件) , 考察其在一次加载下的静力性能。研究结果:在确定钢管与核心再生混凝土本构关系模型基础上, 利用纤维模型法和有限元软件Abaqus模拟和分析钢管再生混凝土纯弯和压弯构件的荷载—变形全过程关系曲线[11], 两种数值方法的计算结果与试验结果吻合较好。并采用纤维模型法对钢管再生混凝土压弯构件力学指标进行了大规模参数分析, 提出了纯弯构件和压弯构件承载力简化计算公式, 公式的计算结果与试验结果吻合较好。
杨有福[11]在确定钢管与核心再生混凝土本构关系模型的基础上, 采用有限元Abaqus对钢管再生混凝土纯弯构件和压弯构件的破坏模态和荷载-变形关系曲线进行了全过程分析, 有限元计算结果表明, 钢管再生混凝土纯弯构件的破坏模态与钢管普通混凝土构件相类似, 构件表现出良好的塑性和稳定性。
叶欣, 杨有福[12]进行了圆、方钢管再生混凝土纯弯构件各4个和相应的2个钢管普通混凝土对比构件的实验研究。观察和分析了钢管再生混凝土纯弯构件的力学性能和破坏形态。研究表明:钢管再生混凝土纯弯构件的力学性能与钢管普通混凝土纯弯构件类似, 用于钢管普通混凝土纯弯构件分析的纤维模型法也适用于钢管再生混凝土纯弯构件。再生混凝土粗骨料骨料取代率越大, 钢管再生混凝土纯弯构件的极限弯矩和刚度越小, 因为再生混凝土的强度和弹性模量随着再生混凝土粗骨料取代率的增大而降低。
张波等[13]通过对8个圆钢管再生混凝土及2个圆钢管普通混凝土柱的实验研究, 考察了混凝土类型和荷载偏心距对此类构件力学性能的影响, 比较了圆钢管再生混凝土柱与钢管普通混凝土柱的荷载—变形关系曲线和承载力。研究表明:圆钢管再生混凝土偏压构件的力学性能与圆钢管普通混凝土相似。圆钢管再生混凝土构件的承载力随荷载偏心距的增大而降低, 在偏心距相同的情况下, 其承载力随骨料取代率的增大而降低, 但降低幅度不大。总体上, 各规程均能较好的预测圆钢管再生混凝土柱的承载力, 且结果偏于安全。
马国梁[14]以钢管截面形态、再生骨料类型及再生骨料取代率为主要参数, 共进行了28个 (14个轴压和14个受弯) 不锈钢再生混凝土试件试验研究, 考察了上述参数对弯曲性能的影响。结论表明:不锈钢管再生混凝土弯曲性能和相应的不锈钢管普通混凝土类似。利用试验与有限元模型, 系统分析了不锈钢类型、混凝土强度、含钢率和再生骨料取代率对钢管再生混凝土受弯构件荷载变形曲线和承载力的影响规律。研究表明:不锈钢再生混凝土柱的受弯承载力随着不锈钢屈服强度和含钢率的增大显著增大, 混凝土强度和再生骨料取代率对其影响较小。
3 钢管再生混凝土柱长期荷载作用下的力学性能
杨有福[15]进行了4个长期荷载作用下钢管再生混凝土试件的试验研究, 同时进行了2个钢管普通混凝土对比试件的测试。研究表明:钢管再生混凝土中核心再生混凝土的收缩变形特性与相应钢管普通混凝土中核心混凝土的收缩变形特性类似, 但前者总体高于后者。钢管再生混凝土试件与钢管普通混凝土试件中核心混凝土在长期荷载作用下的纵向变形随时间变化的规律类似, 但前者总体高于后者。作者课题组基于长期荷载作用下钢管普通混凝土构件方面取得的研究成果, 利用龄期调整有效模量法, 对钢管再生混凝土构件在长期荷载作用下的变形特性和力学性能进行了理论分析。结果表明:钢管再生混凝土试件纵向总变形随时间变化曲线与试验结果吻合较好, 对于经过长期荷载作用的试件, 数值方法得到的荷载—变形关系曲线与试验曲线也吻合较好。
汪承华[16]进行了6组12个钢管再生混凝土短柱徐变试验, 考虑参数为再生粗骨料取代率和加载龄期。在试验参数情况下, 随着再生粗骨料取代率的增加, 徐变系数逐渐增大, 与钢管普通混凝土相比, 取代率为50%和100%时, 徐变系数分别增大5%和17%。此外, 徐变系数随着加载龄期的增大而减小。持荷时间为3个月时, 与加载龄期为28天的钢管再生混凝土徐变系数相比, 加载龄期为6 d和14 d试件的徐变系数分别增大20%和8%, 而加载龄期为56 d试件的徐变系数则降低30%左右。由于文中试件长细比不大, 长期荷载作用对钢管再生混凝土试件的承载力影响不变。
4 钢管再生混凝土柱的抗震性能
影响钢管再生混凝土柱抗震性能的主要因素有承载能力、变形能力、耗能能力和破坏形态。
余银银[17]对10根直径为165 mm, 壁厚为4 mm和2mm的圆钢管再生混凝土柱进行往复荷载下的试验研究, 分别从滞回曲线、耗能能力、骨架曲线及延性、刚度退化等抗震性能指标对钢管再生混凝土柱进行了研究。结论表明:含钢率相同的条件下, 再生骨料的使用使得滞回性能有所削弱, 再生骨料的使用不降低试件的抗侧刚度, 再生骨料取代率的不同与试件的水平承载力没有直接的联系。再生骨料替代率的不同没有很大程度影响到试件的刚度退化曲线。随着含钢率的增大, 钢管再生混凝土柱弹性阶段的刚度和抗震性能整体上有所提高, 表现出与普通混凝土柱相同的规律。含钢率对不同骨料取代率试件的刚度退化曲线影响规律相同。
杨有福[18]共进行了10个圆钢管再生混凝土柱及3个相应圆钢管普通混凝土柱在往复荷载下的试验研究。结论表明:钢管再生混凝土柱在恒定轴压力和往复荷载作用下的破坏模态与相应钢管普通混凝土柱相似, 均为压弯破坏, 钢管再生混凝土柱也具有良好的抗震耗能能力。在低周反复荷载作用下, 钢管再生混凝土柱的承载力和抗弯刚度略低于相应普通混凝土柱, 但延性略有提高。与试验相比, 各规程计算的钢管再生混凝土试件承载力均偏于安全。总体上, 纤维模型法和有限元法计算得到的试件P-Δ滞回曲线均与试验结果吻合较好。
李卫秋[19]进行了2根空心钢管普通混凝土柱和1根空心钢管再生混凝土柱的滞回性能试验研究, 得到试件的荷载-位移滞回曲线。分析了各试件的破坏形态、骨架曲线、耗能能力和位移延性等抗震指标。研究表明:空心钢管再生混凝土压弯构件的抗震性能低于相应的普通混凝土构件, 空心钢管再生混凝土压弯构件荷载-位移骨架曲线与普通混凝土构件相似, 各参数对曲线的影响规律也一致。
5 钢管再生混凝土的研究展望
除以上研究外, 还有一些专家学者进行了以下研究:高温后钢管再生混凝土柱的理论分析与试验研究[20]、钢管再生混凝土柱抗火性能研究[21]、酸雨和冻融环境对钢管再生混凝土性能的影响[22]、补偿收缩对钢管再生混凝土力学性能的影响[23]、钢管再生混凝土粘结滑移性能研究[24]、钢管再生混凝土柱抗震性能与损伤评价[25]、从灾后重建探讨再生混凝土的研究现状及其应用发展等[26]。
通过对钢管再生混凝土研究成果的分析, 发现目前钢管再生混凝土的研究对象主要是构件, 还基本没有进行相关节点、框架的试验研究。而且目前研究的主要是钢管再生混凝土短柱, 长柱和梁的研究也很少。研究的截面形式也仅仅局限于圆形和方形, 对异形截面的研究也少见报道。这些都是钢管再生混凝土研究中的不足, 需要着手解决的问题。
6 结论
1) 钢管再生混凝土构件的力学性能与钢管普通混凝土构件的力学性能相似。
2) 钢管再生混凝土组合结构既能弥补再生混凝土性能的不足, 同时又有利于保护环境, 具有重大的生态意义。
钢管混凝土拱桥的发展及应用 篇9
拱桥的发展和其他桥梁一样, 始终受力学、材料科学和施工技术的制约。到公元18世纪, 工业革命中钢铁的发展以及波特兰水泥的发明和钢筋棍凝土的出现引发了桥梁的技术革命。从古代到50-60年代的石拱桥、钢拱桥, 到70-80年代的钢筋混凝土拱桥, 以及现在的钢及钢管混凝土拱桥, 随着新材料的应用拱桥的跨越能力越来越大。许多桥梁工程师在拱高强材料应用与施工等方面进行了一系列探索, 同时钢管混凝土的优点也一直受桥梁工程师们的重视, 钢管混凝十的产生以及其强度高、塑性好、质量轻、耐疲劳、耐冲击等方面的性能优点, 受到桥梁工程师们的重视, 并大力推广钢管混凝土在桥梁, 特别是在拱桥中的应用。
2 钢管混凝土拱桥的发展
前苏联从1931-1958年在中央建筑科学研究院和全苏运输建筑科学研究院等单位, 先后进行了大量的有关钢管混凝土柱的试验工作, 较多地应用于桥梁建筑以及一些公用和民用建筑。早20世纪30年代末, 就用钢管混凝土建造了跨越列宁格勒涅瓦河的101m跨径的梁拱组合体系的公路桥和位于西伯利亚跨经达140m跨度的铁路析肋拱桥[1]。70年代, 著名的美籍华人结构工程专家林同炎先生在一工程设计方案中采用跨度175.5米的钢管混凝土拱桥跨越6条公路, 上面建造停车场和旅馆, 采用的是直径为1830mm的钢管混凝土柔性拱和预应力混凝土刚性梁结构。位于芝加哥市的桥长94m的达门大街钢管混凝土拱桥, 在设计中拱肋采用了大直径的结构钢管, 壁厚25mm, 管内填充混凝土, 并且拱肋间不用横向支承连接。
国外曾建过一些单圆钢管拱桥, 跨径比较大, 如法国的主跨220m的下承式钢管拱桥一凯则莱尔桥;日本的松岛桥一跨径126m的上承式钢管拱桥等等。我国钢管混凝土的研究开发始于60年代中期, 首例应用为北京的地铁工程, 并成功地用于“北京站”和“前门站”站台柱的建造, 之后环线地铁工程的站台柱全部采用了钢管混凝土结构。60年代南昌有色金属冶金设计研究院在山西省中条山铜矿尾矿运输线的27m跨的桁架桥中, 桁架压杆应用了外径140mm的钢管棍凝土, 这是我国在桥梁上部结构中首次应用钢管混凝土材料[2]。70年代以后, 我国的钢管混凝土逐渐应用于单层和多层工业厂房、高炉和锅炉构架、送变电构架及各种支架结构中, 建成的建设工程超过百项。80年代末至90年代, 我国的钢管混凝土工程的应用进入成熟阶段, 居世界前列, 并将其拓展为公路与城市拱桥和高层与超高层建筑的两大工程应用领域。近10年来, 我国达百米和超过百米的钢管混凝土结构的高层建筑己有20多座。其中最高的是深圳72层的赛格广场大厦, 结构高度291.6m, 堪称世界之最。
但是钢管混凝土结构应用于拱桥始于90年代初, 随着1990年我国第一座钢管混凝士拱桥—四川旺苍东大桥的建成, 钢管混凝土拱桥犹如异军突起, 以其独特的适应能力, 在短短的十余年内风靡大江南北, 据不完全统计, 我国已建成和在建的钢管馄凝土拱桥已达120多座, 发展速度之快, 为中建桥史所罕见。我国现代钢管混凝土拱桥是90年代发展起来的桥梁结构型式。钢管与混凝土的组合使得二者相得益彰。一方面内填的混凝土可以增强钢管壁的稳定性, 同时钢管对核心混凝土的套箍作用又使混凝土处于三向应力状态。这种结构发挥现代高强材料—16Mn钢管、C40-C60高强混凝土、高强预应力材料的组合作用, 二维受力的机理十分有效。钢管既可作为施工拱架, 又是成桥后承重结构的一部分, 降低施工费用, 它己用于跨径30-420m的拱桥, 范围极广。在施工方面它适用一J飞先进拱桥施工方法:加缆索吊装、悬臂施工, 以及刚性骨架与塔架斜拉索组合施工一转体施工。它可以作成单片拱、双片拱、提篮拱多种形式。这种拱圈结构, 特别适合于组合体系。由于是E拱I拱/E系系常常介于1/80-80之间, 属于刚性系杆、刚性拱的系杆拱桥, 其计算简图可将吊杆、立柱认为是二力杆, 其内部超静定次数量3+n (n为吊杆的根数) 。但它的外部约束 (拱脚处) 也可做成部分的约束, 既简化支座设施, 又控制在墩台可承受的范围内。系杆拱轴线多采用二次抛物线和等截面悬链线, 拱轴系数m介于1-1.6之间。这种拱的系杆具有足够的刚度, 可以适当地约束、嵌固横梁增加全桥整体刚度。
3 钢管混凝土拱桥的分类及应用
按照钢管在结构使用阶段和施工阶段中所起的主要作用, 钢管混凝土拱桥可以分为普通钢管混凝上拱桥和钢管混凝土劲性骨架拱桥。前一种为内包混凝上, 即钢管皮外露, 与核心混凝土共同作为结构的主要受力组成部分, 同时也作为施工时的劲性骨架, 这类桥梁目前主要有单管和哑铃形肋拱、析拱以及析架拱, 跨径从儿十米到三百多米, 即为我们通常所说的钢管混凝土拱桥;另一种是内外都包混凝土, 钢管表皮不外露, 钢管主要作为施工时的劲性骨架, 先内灌混凝土成钢管混凝土后再挂模板外包混凝土形成截面, 其跨越能力较强, 最大的为四川巫山长江大桥己达460多米。按照车承形式, 钢管混凝土拱桥它可以做成上承式、中承式、下承式拱桥以及各种组合体系。上承式拱建筑高度大, 对地基要求高, 适合于峡谷桥位;下承式拱建筑一般带拉杆 (系杆拱) , 它主要用在建筑高度受限制、通航要求高和地基条件较差的情况下。下承式拱桥的截面只能是肋式或桁式;中承式拱的构造介于上承式和下承式之间, 其建筑造型极佳, 在城市桥梁中往往受到青睐, 但过去用钢筋混凝土建造, 则显得过于粗笨。系杆拱按照系杆的形式又可分为两种:一种是上下之间的刚接, 系杆为纯拉杆不参与桥面受力, 为刚架系杆拱。采用此形式的较多, 入旺苍东河大桥, 南海佛陈大桥;另一种系杆即为纵梁, 属于弯拉结构, 为拱梁组合结构。通常的钢管混凝土拱肋为平行, 然而为了加强横向稳定可做成非平行拱肋, 特别是宽跨比比较小的长大拱桥, 常做成X型拱肋, 以加强其横向稳定性。对于中下承式肋拱, 我们形象的称为提篮拱, 有时为了增强美学效果, 与周围环境相协调, 将拱肋沿拱脚到拱顶逐渐向外张开, 英国称为Lesbury bridge, 我们可以形象地称之为元宝形拱或蝴蝶形拱。
4 结论
本文介绍了钢管混凝土的发展及应用, 由于钢管混凝土材料的特殊性能, 钢管混凝土结构在桥梁等建筑结构上得到了广泛的应用, 随着对钢管混凝土材料性能认识的加深, 钢管混凝土的应用必将取得更大发展。
参考文献
[1]谢海清, 张方等.钢管N凝土拱桥的回眸与展望川建筑, Vol.24, No.3, 2004 (6) .
谈钢管混凝土的应用与发展 篇10
关键词：钢管混凝土,工程应用,发展,性能
钢管混凝土是指将混凝土填充在钢管中而形成的一种组合构件, 它是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的。构件按截面形式的不同, 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。另外, 为了减轻自重改善结构, 出现了中空夹层钢管混凝土结构 (也称为管套管结构) [1], 为了防止薄壁钢管和长细比大的钢管发生局部屈曲, 出现了带纵向加劲肋的钢管混凝土, 大量新型钢管混凝土为适应工程需求而出现[2]。其中, 圆形截面、方形截面和矩形截面钢管混凝土构件的应用最为广泛。
1 钢管混凝土的特点
1.1 材料优势互补
钢管混凝土的外壁钢管以及其内部混凝土的相互作用使构件的承载力得到提高, 但在早期, 这种优势互补的现象并没有被发现。20世纪60年代以后对钢管混凝土力学性能方面的研究才开始进行的较为深入, 钢管混凝土才逐步得以被应用于工程当中。钢材抗拉性能显著, 钢管混凝土利用外钢管壁对其核心混凝土的套箍约束作用, 使混凝土处于复杂的应力状态之下, 从而使混凝土的强度得到明显提高, 塑性和韧性性能得到改善。同时, 钢管内的混凝土对钢管起到平面外支撑作用, 有效地减少了钢管局部屈曲的发生, 因此钢管混凝土有效地利用了两种材料的特性[3]。总之, 通过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝土, 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, 这也是钢管混凝土组合结构的优势所在。
1.2 施工简便
钢筋混凝土及钢骨混凝土构件在浇筑时需搭设模板, 而对于钢管混凝土, 浇筑过程中钢管即其模板, 而且钢管的吊装、拼接比型钢相对方便。钢管混凝土相对其他构件施工较为简便。
1.3 具有较好的耐火性
钢材的比热容大约为0.45×103J/ (kg·℃) , 混凝土不同的水灰比的比热容也不相同, 大约在1.1×103J/ (kg·℃) ～2.4×103J/ (kg·℃) , 远大于钢材比热容。发生火灾时, 钢管内混凝土相对于钢管升温较为滞后, 且能吸收大量的热, 承载力下降推迟, 增加钢管的耐火时间, 相对钢结构节省防火涂料。
1.4 具有良好的抗震性能
相同截面钢管混凝土构件相对钢筋混凝土构件在同等地震中屈服较晚。内包在钢管内的混凝土主要发生塑性破坏, 延性改善更为明显, 能够更好地吸收地震能量, 抗震性能显著。
2 钢管混凝土的施工
在钢管混凝土的早期应用中, 一般采用的是热轧钢管, 钢管的壁厚相对较大, 同时早期混凝土的浇筑工艺不是很成熟, 所以经济效果不显著, 钢管混凝土在工程中的应用受此制约一直没有得到更好的发展[4]。随着施工工艺的发展, 钢管混凝土的应用取得了不断地进展。钢管混凝土的一般施工流程如下:1) 工厂制造, 在工厂内预制钢管, 并进行裁制;2) 运输;3) 吊装及拼装;4) 焊接;5) 浇筑混凝土。施工过程中构件的拼装及混凝土的填充对最终构件的质量起决定性作用。
2.1 钢管拼装
为了使构件拼装具有更高的精度, 需事先标记好构件拼装面圆周上的四等分位, 采用水准仪观测标记点并调整构件。调整完成后需要对构件进行点焊, 临时固定。但点焊易使调好的构件位置发生移动, 因此点焊后需重新测量并用千斤顶调整。为防止由于焊接过程中热应力产生的构件偏移可采用两个焊工对称同时焊接[5]。
2.2 浇筑混凝土
为了防止由于混凝土收缩而使混凝土与钢管脱离, 保证钢管内壁与核心混凝土紧密粘结、填充密实, 钢管内填混凝土一般采用微膨胀混凝土, 但采用微膨胀混凝土需严格控制其膨胀率。根据构件形式的不同, 进行混凝土的浇筑可采用竖直浇灌法和顶升法。竖直浇灌法一般对于构件形式简单的构件采用, 在钢管上端, 填入混凝土并振捣密实即可。而顶升法适用于上部相对复杂的构件, 需要在钢管柱下部制作预留顶升灌浆口, 并安装止浆阀和混凝土输送管, 利用混凝土输送泵将混凝土从灌浆口注入, 然后通过泵送压力使混凝土自下而上填充, 直至浇筑完成整根钢管柱。为了防止在顶升结束后, 混凝土泄压时钢管内混凝土发生回流, 需要在进料顶升灌浆短管上增加止浆阀, 顶升完成后关闭止浆阀防止混凝土回流。混凝土浇筑完成后要将预留的灌浆构造切除, 并对缺口进行补强处理[6]。
混凝土顶升采用混凝土地泵, 地泵放置于灌浆口附近, 使用泵管将地泵与钢管柱顶升孔连接。混凝土到场后泵送至地泵中, 再由地泵泵送至钢管中。混凝土顶升前, 首先要进行混凝土泵管的润管, 防止开始进入混凝土泵管中的混凝土进入钢管, 强度不够而影响施工质量。顶升过程中需设专人观察顶升浇筑的速度, 做到能够随时与混凝土泵操作工联系, 随时对泵速和泵压进行调节, 保证施工质量。钢管顶部出现混凝土时, 及时通知停止泵送并关上止回阀后才能拆除泵管。顶升法示意图见图1。
3 结语
随着施工工艺的发展以及工程对不同构件形式的需求, 同时由于钢管混凝土本身所具有很多优点, 越来越多的新型、异型钢管混凝土出现在实际工程当中。在荷载作用下, 钢管及其核心混凝土相互作用较为复杂。为了更好地为工程服务, 就要求我们需要不断地对钢管混凝土这种结构进行研究。
参考文献
[1]刘威.钢管混凝土局部受压时的工作机理研究[D].福州:福州大学, 2005.
[2]付小超, 李艳, 罗利伟.新型钢管混凝土结构的特点及运用[J].山西建筑, 2008, 34 (22) :65-67.
[3]尧国皇.钢管混凝土构件在复杂受力状态下的工作机理研究[D].福州:福州大学, 2006.
[4]王文达.钢管混凝土柱—钢梁平面框架的力学性能研究[D].福州:福州大学, 2006.
[5]王淑珍.高层建筑工程钢管混凝土施工工艺研究[J].民营科技, 2013 (5) :137.
浅谈钢管混凝土柱施工工艺要点 篇11
关键词:钢管混凝土柱；技术特点；施工要点
在高层建筑结构中，钢管混凝土柱具有很大的优势，具有承载力高、抗震性能好的特点。既可以取代钢筋混凝土柱，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柱的脆性破坏问题，也可以取代钢结构体系中的钢柱，以减少钢材用量，提高结构的抗侧移刚度。钢管混凝土构件的自重较轻，可以减小基础的负担,降低基础的造价。
1 技术特点
钢管混凝土柱是在圆形钢管内浇灌混凝土形成的组合结构构件,是套箍混凝土的一种特定形式,兼有钢结构和混凝土结构的优越性能,充分利用了混凝土受压性能好和钢管韧性、塑性好的优点,使管内混凝土受三向约束,充分发挥了混凝土的作用,提高了结构构件的承载能力、抗震能力,与钢筋混凝土柱比较,减小了柱子截面面积,增大了建筑使用面积。
2关键技术及施工要点
2.1钢管及部件制作
成品钢管要有质量合格证,并按规定进行规格、尺寸以及外观等项目检查验收。下面仅对钢板卷制钢管进行叙述。
(1)下料:
下料前,先通过试焊确定钢板对接焊缝收缩余量,在下料时一并考虑,根据钢管展开尺寸在钢板上划线,用自动气割机切割并坡口,坡口宜采用V型坡口,钢管现场对接端采用外坡口,其余为内坡口,坡口角度60°。节点部件要制作样板,经检验评定合格后按样板分块尺寸划线下料,所有部件切割后,应及时清除割渣并矫正气割变形。
(2)钢板卷圆:
将压好边的钢板放在卷板机上进行卷圆,卷圆过程中,卷管方向应与钢板压延方向一致,并严格控制钢管的椭圆度、焊缝间隙及错边量等。
(3)焊前准备:
钢管组焊时的纵、环缝,现场对接焊缝、节点连接焊缝应进行焊接工艺评定,确定焊接工艺流程。焊接前应编制如下文件:焊接工艺指导书,焊接工艺评定。
通过焊接工艺评定确定焊接的焊条、焊丝、焊剂及焊接技术参数(焊接电流、电压、焊接顺序、焊接方法等),并填写焊接工艺卡。
(4)钢管焊接:
钢管纵、环缝,现场焊缝等焊缝质量等级应满足设计要求,并按5钢结构工程施工质量验收规范6(GB50205-2001)进行验收。钢管纵、环缝采用埋弧自动焊,先在钢管外部进行人工
封口焊,再按先里后外的顺序各焊一道。
(5)钢管柱组焊:
每节钢管柱的长度可按2～3个楼层的高度加上伸出楼板面400～1000mm(设计确定)考虑,但一般不超过12m。组对时上、下相邻两条纵缝应错开500mm以上。把钢管放在托轮架上,在钢管上划出0°、90°、180°、270°四根基准线,作为以后组装的基准线,划线时全盘考虑钢管柱及连接节点部件的位置、方向,便于现场组对及垂直度观测。
2.2节点部件连接
在钢管上划出钢牛腿、节点板等的位置线,把所有连接部件按标高、方位先点焊固定,复检后施焊。内衬管先焊丁字型肋板,再将衬管与钢管焊接,牛腿部位管内节点先组焊,再推入管内与钢管焊接。
2.3钢管柱与基础底板的连接
连接方式有二种:一种形式是将钢管柱伸入底板落于工程桩上即桩承式,此种形式预先将环形受剪箍、加强环、勒脚分别和钢管焊接,在浇筑完基础垫层混凝土,绑扎完底板下排钢筋后,按弹设于垫层面上的控制线安装钢管柱。第二种形式是将预埋钢板下落一个勒脚高度,底板混凝土浇筑完毕后再安装钢管柱,即预埋板式,此种形式应预先制作钢筋支架,用精密水准仪调整标高后,按垫层平面控制线摆放预埋板,复核校正后焊接固定,底板混凝土浇筑完毕后再安装钢管柱。两种方式在浇筑底板混凝土时均应对称浇筑,防止鋼管柱或预埋钢板位移。另外在建筑层数不多,荷载不大的情况下,也可采用插入式,插入式连接应注意验算钢管柱与基础连接面的局部受压强度。本工程钢管柱与基础底板的连接采用预埋板式。
2.4钢管柱现场安装
(1)钢管柱吊装:
钢管柱吊装可利用现场塔吊,进行施工组织设计时应考虑安装最远端钢管柱时塔吊的臂长及起重能力能否满足吊装要求。本工程采用汽车吊,吊装采用二点对称捆绑垂直起吊,钢丝绳绑点设于柱最上一个节点下部,起吊时注意保护节点部件,钢管柱固定牢固后方可解除吊索。
(2)第一节钢管柱的安装:
在预埋钢板上弹出钢管柱安装十字控制线,划出柱外皮控制点。钢管柱吊装前在柱顶部平分圆周位置预先栓置4条钢丝绳,钢管柱吊起调整至柱身控制线与十字控制线基本吻合后下落,调整就位并临时固定,在钢管两侧呈90°位置架设二台经纬仪,同时观测钢管柱身的二条控制母线,通过调节设置在钢丝绳中间的法兰螺栓,校正垂直度。
(3)同径钢管柱的连接、定位、调整:
将吊起的上节柱按划线位置缓慢插入下节柱内衬管,角度调整用特制抱箍钳。上节柱插入内衬管时由于衬管外壁与上节钢管柱内壁局部存在磨擦,就位较困难,可在上下柱接口处设顶拉杆,一方面帮助就位,另一方面校正柱身垂直度,还可起到临时固定作用。垂直度校正好后,在钢管柱四侧焊接防变形卡板,以减小焊接变形。对接焊完成后,割除防变形卡板等临时构件,并将临时固定焊缝打磨平整。
(4)异径钢管的连接、定位、调整:
异径钢管的连接通常采用变径加强环或法兰盘连接,本工程采用为加强环连接,加强环连接施工顺序为:将变径加强环、柱脚分别与小直径钢管焊接,利用定型样板,依照变径加强环肋板的位置,在大直径钢管上割缺口,再吊装小直径钢管,将变径加强环下部榫管插入大直径钢管内,然后进行小直径钢管的垂直找正,最后大直径钢管与变径加强环焊接,小直径钢管的垂直找正与同径钢管基本相同,唯一区别是顶拉杆上端连接于变径加强环。小直径钢管的平面位置微调采用钢楔楔入的方法进行调整。
(5)垂直度观测:
在安装钢管柱时应在两个垂直方向架设二台经纬仪,同时观测柱的两条控制母线,指挥操作人员校正钢管柱的垂直度。随着建筑物高度增加及平面形状、尺寸的限制,用于垂直观测的经纬仪只能放在安装层的楼板上,部分柱观测的角度、距离受到不同程度的影响,因此应将经纬仪架立在尽可能远离被观测柱的位置,使观测的水平距离达到最大;同时要合理安排安装顺序,先难后易,避免因已安装钢管柱的阻挡而影响观测。
垂直度观测若采用垂直度校准仪,对钢管柱安装顺序可不作要求,将垂校仪直接安装在钢管柱上,用顶拉杆调整垂直度。
(6)钢管柱对接焊残余应变对垂直度影响的处理方法:
现场钢管对接焊采取的是人工焊接,不可避免地产生焊接残余应变,可通过以下几个方面进行控制:采用对称分层分段焊接,分层厚度、分段长度、焊接速度等选用的焊接参数均应相同;通过验证:焊缝间隙大小和变形大小成正比。因此安装前事先测定上节柱的偏差值,根据计算在管口实行机械打磨,使焊缝间隙保持基本一致;设置防变形卡板限制变形;对实际存在且已无法更改的偏差进行火焰矫正。矫正加热方法一般采用线状加热或三角形加热,根据偏差大小选择,烘烤温度不大于750°,烘烤位置在焊缝上方500mm,宽度不超过10倍板厚。
2.5钢管对接焊缝检测
本工程钢管对接焊缝设计质量等级为一级,对116根钢管柱全熔透连接焊缝经超声波检验,按GB11345-89的Ò级标准评定,均未发现超标缺陷,所检焊缝达到GB50205-2001规定的一级焊缝质量等级。
2.6钢管混凝土施工
钢管混凝土的浇灌方法有三种,即底部顶升法、高位抛落法和立式浇捣法。混凝土的输送方式有泵送和现场搅拌塔吊运输等。采用底部顶升法和高位抛落法的要求混凝土必须要有较大的坍落度,否则极易产生管壁与混凝土粘结不紧密等质量缺陷。立式浇捣法由于振动棒振捣等因素,管顶容易产生泌水层和砂浆层。因此,应通过试验在钢管混凝土中掺入微膨胀剂和高效减水剂等,配制成补偿收缩混凝土,使之既满足施工工艺要求,又满足钢管混凝土柱对混凝土的特定要求。
3结束语
钢管混凝土柱结构充分利用了钢管混凝土和钢结构的特点，特别适用于大跨、重载、恶劣环境和复杂体形结构等体系中。对其进行深入研究有助于推动建筑结构向大跨度、大空间、重载和动载方向发展，并可简化施工、降低造价，值得推广使用。
参考文献
[1] 李海龙，钢管混凝土柱柱芯混凝土施工技术[J].隧道建设,2010.06
浅谈钢管混凝土柱的应用 篇12
关键词：钢管柱,制作,安装,混凝土浇注
钢管混凝土具有体积小, 承重大, 强度高, 同比普通混凝土柱的经济效益显著故被广泛应用于高层特别是超高层的建筑中。
高层建筑由于受轴压比、抗震等的限制, 柱截面尺寸往往较大, 钢筋和混凝土用量及要求都高;而使用钢管混凝土柱可使柱的截面尺寸大大缩小, 外形美观, 增加了平面的应用空间。同时还可以直接作为施工模板, 大大减少模板的用量及钢筋的施工用量及施工工作量
广州某甲级设计高层写字楼高度为130m, 设地下3层、地上40层, 采用框架-剪力墙结构体系, 建筑面积50000m2。原设计采用钢筋混凝土柱, 柱截面非常大, 后经设计改良后采用16条1200mm圆钢管混凝土柱, 较好地解决了高层建筑中的“胖柱”问题。
1 钢管柱制作
1.1 材料要求
工程钢管全部采用Q345A钢板卷制;钢管柱外径1200mm, 壁厚20mm, 焊缝等级为一级;管内核芯混凝土强度等级为C60加UEA。
1.2 制作
⑴钢管柱 (包括各种预埋件和缀件) 制作流程:详图绘制和原材料进场检验→号料→下料→刨边→卷筒→焊立缝→校圆→超声波探伤→焊接环缝→超声波探伤→缀件组装、焊接、超声波探伤→汇总质量保证资料。
⑵钢管柱的分节。制作钢管前, 根据塔吊的起重能力和柱子与塔吊的距离等因素, 确定钢管柱的分节。本工程钢管按层高要求分2~3段制作。
⑶钢板下料采用数控多头火焰切割机完成, 坡口用手提砂轮机打磨。采用45mm×3000mm数控卷板机压边、卷管, 压边直段为40mm, 卷管椭圆度偏差小于4mm。埋弧焊前, 用砂轮机将焊缝两边打磨30mm, 焊接完成24h后, 对焊缝进行超声波检测。
⑷运输与堆放。钢管柱在工厂加工完毕运至现场后, 利用塔吊将钢管柱卸在预定的堆场上, 单层堆放, 钢管两侧用木方挤住, 以防钢管滚动伤人。
2 钢管柱的安装及焊接
2.1 定位
钢管柱的吊装定位:
⑴轴线定位。由测量员根据场地及图纸定位轴线, 分别定出每根钢管柱的十字方向轴线, 并预埋螺栓控制。
⑵钢管柱的平面控制与垂直度控制。厂家加工制作时须给出0°、90°、180°、270°四个方向的轴线位置, 并在钢管柱上用红三角明确标示出来。现场用两台经纬仪在两个垂直方向上同时观测, 水平方向通过水准仪测量控制。
⑶钢管柱临时固定。采用塔吊直接吊装 (人工辅助) 就位。
吊装校正时采用点焊附加钢筋于钢管外壁作临时固定联焊, 校正完毕后方可松吊钩。
2.2 钢管柱的焊接
以CO2气体保护焊为主, 手工电弧焊为辅。
⑴设备选用。MD-500CY-3Y5-T1 CO2气体保护焊机两台及BX-500-F交流电焊机两台, 焊条烘干炉一台, 空压机一台。
⑵先定位焊。焊缝尺寸在满足装配强度的前提下, 尽可能的小一些, 通过缩小定位焊缝间距的方法减小定位焊缝的尺寸。
⑶焊接。安装焊接为钢管对接, 接头形式为35°坡口平角横焊, 钢管壁厚20, 设计要求全熔透。
采用单面焊双面成型的多层焊缝, 为防止焊接时焊接变形对肢管的影响, 采取分段反向顺序施焊, 保证对称并运用跳焊的方法, 以减少热应变, 为防止产生未焊透缺陷, 先采用小直径焊条打底, 小电流低焊速, 再用较大直径焊条盖面。
⑷定位焊工艺要求:
定位焊道短、冷却快, 焊接电流应比正常焊接电流大15%~20%。定位焊缝两头应平滑, 防止正式焊接时造成未焊透裂纹, 定位焊缝不应有明显的裂纹夹渣等缺陷, 施焊时遇小雨、阵风时须加防雨防风围护, 以保证焊缝质量。
钢管柱吊装就位、焊接完毕之后, 管上口必须采取遮盖措施, 以防异物落入管内。
2.3 浇筑垂直控制
由于钢管柱的定位要求高, 为了避免浇灌混凝土时的振动而使钢管柱位置发生偏移, 在每次浇灌混凝土前, 采用在钢管外壁互成120°的方向安装3个Φ10的钢绞丝来控制, 同时用2台经纬仪在互成90°的方向监测柱的垂直度, 经反复观测并纠正其垂直偏差值。
2.4 钢管柱焊缝的探伤检验
采用超声波探伤检验方案。
⑴探伤表面要求:无焊接飞溅、铁锈、油垢及其它部位杂质。
⑵探伤表面应平整光滑, 打磨后其糙度﹤6.3um。
⑶外观检查合格后进行探伤检测。
⑷楼层砼浇灌完毕, 管壁外部清理干净后立即涂刷防锈涂料。
3 节点环梁施工
3.1 梁柱节点构造要求
⑴钢管混凝土柱与框架梁的连接采用刚弹性方案, 设2道40mm×25mm扁钢环箍传递剪力, 柱头环梁与框架梁连接传递弯矩;
⑵柱末端内设十字形腹板, 板厚20mm, 高500mm, 上部剪力墙竖向分布钢筋锚人柱内35d。
3.2 施工
⑴钢筋配料。下料时充分考虑钢筋的弯曲调整值及对焊留量。
⑵钢筋焊接。环向钢筋采用等强对焊, 对不同规格的钢筋须先进行试焊, 以确定焊接参数, 对每批成品按规定截取试样, 进行力学性能试验。复合箍筋封口采用10d单面搭接电弧焊。
⑶钢筋绑扎。先在地面制作场将环梁底面环筋、2Φ22架立筋、复合箍筋制作绑扎成骨架, 用塔吊吊装就位, 再穿插框架梁底筋, 然后依次绑扎环梁4Φ22架立筋、拉结筋和框架梁腰筋, 再依次穿插绑扎框架梁面筋和环梁顶面环筋, 最后将开口箍筋弯制施焊封闭。相邻环向钢筋的焊接接头要渐进式相互错开1200mm。
4 管内核芯混凝土施工
4.1 混凝土选用
经对比分析, 本工程选用42.5号普通硅酸盐水泥, C60核芯混凝土浇注。掺加剂有Ⅱ级粉煤灰、UEA-E型膨胀剂和CSP-7型减水剂。
4.2 现场浇筑
浇筑平台用钢管脚手架搭设, 竖直段输送管与浇筑平台连接牢固, 平台须与钢管柱完全脱离, 以防施工荷载对钢管柱产生不利影响。平台整体由塔吊吊装就位, 循环使用。
每段钢管柱作为一个浇筑单元, 施工缝设置在离钢管上口30cm (末段为100㎝) 处。浇筑方法采用立式人工振捣连接浇筑法。浇筑前先用塔吊提料在管底铺设20cm厚与混凝土配比相同的水泥砂浆层, 以防混凝土粗骨料弹跳离析。混凝土每泵送1m3 (管内高约1.6m) , 以加长振捣棒快插慢拔振捣, 并插入下层混凝土约10㎝, 振捣时间为40s, 并在浇筑平台上标明振捣手的6个站位, 以防漏振。当浇筑至施工缝处时, 对最后一层混凝土进行二次振捣, 以保证其密实度。二次振捣8h后, 蓄水养护。
4.3 质量检测
当混凝土强度达到标准值的70%以上时, 采用预埋声测管的超声波透射检测法进行检测。
5 经济效益
工程结束后对工程的成本进行了核算, 由于使用圆钢管混凝土柱了, 工程成本节约200万元, 缩短工期45d, 每层增加使用面积约60㎡, 且建筑功能更加合理, 很好地满足了业主的需求, 综合效益显著。
参考文献
[1]《钢管混凝土结构设计与施工规程》