鋼管混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)蘭州理理工大大學目錄鋼管混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的發(fā)發(fā)展概概況及及應用用鋼管混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的基基本概概念及及特點點影響鋼鋼管混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)承載載力的的因素素鋼管混混凝土土構(gòu)件件的設設計與與構(gòu)造造鋼管混混凝土土的施施工與與發(fā)展展第一節(jié)節(jié)鋼鋼管管混凝凝土的的發(fā)展展概況況及應應用1.鋼管混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)的發(fā)發(fā)展概概況鋼管混混凝土土（ConcreteFilledsteelTube）是在在勁性性鋼筋筋混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)及及螺旋旋配筋筋混凝凝土的的基礎礎上發(fā)發(fā)展起起來的的。最早采采用鋼鋼管混混凝土土工程程之一一是1879年英國國的賽賽文鐵鐵路橋橋橋墩墩。1923年日本本發(fā)生生關(guān)西西大地地震后后，鋼鋼管混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)得到到大量量應用用。前蘇聯(lián)聯(lián)在19世紀五五六十十年代代對鋼鋼管混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)進行行了了大量量研究究。我國從從1959年開始始研究究鋼管管混凝凝土的的基本本性能能。1963年將鋼鋼管混混凝土土柱應應用于于北京京地鐵鐵車站站工程程。20世紀六六十年年代后后，鋼鋼管混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)被大大量推推廣運運用。。2.鋼管混混凝土土的應應用應用推推廣階階段（20世紀60年代中中期至至80年代中中期））單層工工業(yè)廠廠房、、多層層工業(yè)業(yè)廠房房、設設備構(gòu)構(gòu)架柱柱、輸輸電-變電塔塔等工工程中中運用用了鋼鋼管混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)（大大連造造船廠廠）（變變電構(gòu)構(gòu)架））提高發(fā)發(fā)展階階段（（20世紀80年代中中期迄迄今））高層和和超高高層建建筑工工程中中運用用的鋼鋼管凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)（阜康康大廈廈)（賽格格廣場場大廈廈）鋼管混混凝土土運用用在公公路和和城市市拱橋橋中（四川川旺蒼蒼縣東東河橋橋）（廣州州丫髻髻沙大大橋））第二節(jié)節(jié)鋼鋼管管混凝凝土結(jié)結(jié)構(gòu)的的基本本概念念及特特點1.定義鋼管混混凝土土（concretefilledsteeltube，簡寫寫CFST）是指在在鋼管管中填填充混混凝土土而形形成的的構(gòu)件件。2.鋼管混混凝土土的分分類按截面面形式式不同同分為為方鋼管管混凝凝土、圓鋼管管混凝凝土和多邊形形鋼管管混凝凝土。工程中常用用的幾種截面面形式有圓形形、正方形和和矩形。按鋼管作用的的差異，鋼管管混凝土柱可可分為兩種形式:一是組成鋼管管混凝土的鋼鋼管和混凝土土在受荷載初初期共同受力力，二是外加荷荷載僅作用在在核心混凝土土上，鋼管只只起對核心混混凝土的約束束作用，即所所謂的鋼管約束混凝凝土柱。按鋼管內(nèi)部填填充情況分為為：實心鋼管混凝凝土和中空夾層鋼管管混凝土。中空夾層鋼鋼管混凝土近近些年開始在在工程中得到到推廣運用，，此種結(jié)構(gòu)屬屬于新型結(jié)構(gòu)構(gòu)。常見的幾種鋼鋼管混凝土截截面形式（a）圓形（（b）正方形（（c）矩形3.鋼管混凝土的的特點承載力高塑性和韌性好好施工方便：與與鋼筋混凝土土柱比，采用用鋼筋混凝土土柱沒有綁扎扎鋼筋、支模模和拆模等工工序，施工簡簡便。耐火性能好經(jīng)濟效果好第三節(jié)影響響鋼管混凝土土結(jié)構(gòu)的因素素1.長期荷載對鋼鋼管混凝土承承載力的影響響在長期荷載作作用下，鋼管管混凝土由于于其核心混凝凝土的壓縮徐徐變與收縮，，有兩種現(xiàn)象象發(fā)生：一是是混凝土的模模量降低，二二是在鋼管和和核心混凝土土之間將產(chǎn)生生內(nèi)力重分布布現(xiàn)象。一般認為為由于混混凝土的的徐變特特性會使使長期荷荷載作用用下的鋼鋼管混凝凝土構(gòu)件件的承載載力有所降低低。2.混凝土收縮對鋼管混凝土承載力的影響

鋼管混凝土構(gòu)件中混凝土的收縮分兩種情況。

第一，澆灌混凝土后立即封閉，多余水分無法揮發(fā)，混凝土處于密閉狀態(tài)下養(yǎng)生，混凝土由于水泥水化作用而產(chǎn)生的收縮是緩慢發(fā)生的，持續(xù)時間可達1年—2年之久；第二，澆灌混凝土后，隔一段時間在封閉，接近于在空氣中養(yǎng)生的條件。

對于第一種情況，可認為混凝土的收縮是在

構(gòu)件承受荷載作用下發(fā)生的，因而由于混凝土的收縮而產(chǎn)生的內(nèi)力重分布現(xiàn)象和徐變的效果相同。

對于第二種情況，構(gòu)件在未承受荷載作用前混凝土發(fā)生縱向收縮，此收縮量相當大，以致使混凝土產(chǎn)生橫向裂縫，因而并不引起縱向收縮應力。在構(gòu)件開始受載階段，荷載完全由鋼管承受，在鋼管的受壓縱向應變等于混凝土收縮時的拉伸應變后，橫向裂縫被壓而閉合，混凝土參與受力。

3.環(huán)境溫度度對鋼管管混凝土土承載力力的影響響溫度對鋼鋼管混凝凝土受壓壓構(gòu)件的的承載力力有影響響，設計計時必須須通過計計算進行行考慮。。當溫度超超過100攝氏度時時，構(gòu)件件的承載載力會下下降很多多。均勻升溫溫到60攝氏度，，軸壓構(gòu)構(gòu)件的組組合承載載力下降降9%左右，到到80攝氏度時時，軸壓壓構(gòu)件的的組合承承載力下下降13%左右，到到100攝氏度時時，下降降18%，承載力下下降幅度度與含鋼鋼率及混混凝土強強度基本本無關(guān)。。4.焊接對鋼管混凝土承載力的影響

焊接會造成鋼管混凝土構(gòu)件核心混凝土強度指標的下降，下降程度隨著焊接量大小而不同，焊接量越大，下降越多。

焊接過程中，由于核心混凝土吸收大量的熱量，只有一小部分的鋼材處于熱塑性狀態(tài)，在設計荷載作用下施焊時，構(gòu)件的剛度變化很小，對

其工作性能沒有明顯的影響，但不宜在同一構(gòu)件上多處同時施焊。

當管徑越大時，局部施焊的影響將更小，因此從小尺寸構(gòu)件上得出的結(jié)論同樣適用于大尺寸構(gòu)件。第四節(jié)鋼鋼管管混凝土土構(gòu)件的的設計與與構(gòu)造各國的設設計規(guī)范范歐洲規(guī)范范EC4（1994年）德國DIN18806第一部分分（1984），現(xiàn)已已修訂為為DIN18806第五部分分澳大利亞亞規(guī)范白俄羅斯斯規(guī)范日本AIJ（1980）美國AISC1994推薦的設設計規(guī)程程LRFD我國CECS28:90設計與施施工規(guī)程程鋼管混凝凝土統(tǒng)一一理論其基本思思想是：：首先分分別確定定鋼材和和核心混混凝土的的應力—應變關(guān)系系模型，，然后利利用數(shù)值值分析方方法計算算出各類類構(gòu)件的的綜合荷荷載—變形全過過程關(guān)系系曲線，，由這些些曲線推推導出鋼鋼管混凝凝土的各各種綜合合力學性性能指標標。1.軸心受壓壓構(gòu)件軸心受力力作用下下鋼管和混混凝土的的受力狀態(tài)態(tài)示意圖圖典型的鋼鋼管混凝凝σ-ε關(guān)系四個階段段：彈性階段段彈塑性階階段塑性強化化階段下降段破壞形態(tài)態(tài)鋼管混凝凝土的破破壞形態(tài)態(tài)主要與與含鋼率率有關(guān)，，當含鋼鋼率較低低（ρ<4%）時，鋼鋼管對核核心混凝凝土的側(cè)側(cè)向約束束很小，，基本上上屬于單單向受壓壓，其承承載能力力相當于于鋼管與與混凝土土兩者承承載能力力的簡單單疊加，，其破壞壞形態(tài)屬屬于脆性性破壞。。當含鋼鋼率在5%∽6%時，表現(xiàn)現(xiàn)出明顯顯的塑性性性質(zhì)，，強度與與變形能能力都有有顯著提提高。當當ρ>6%時，鋼管管混凝土土強度與與變形均均大大提提高，鋼鋼管混凝凝土的優(yōu)優(yōu)越性得得到了充充分發(fā)揮揮。工程程實踐證證明，鋼鋼管混凝凝土的的含鋼率率一般都都應在5%以上，通通常在5%∽18%最佳，其其破壞形形態(tài)屬于于塑性破破壞。軸心受壓壓構(gòu)件的的設計軸心受壓壓構(gòu)件的的承載力力包括強強度和穩(wěn)穩(wěn)定，此此外還有有的鋼管管的局部部穩(wěn)定和和構(gòu)件的的容許長長細比的的規(guī)定。。1.鋼管混凝凝土的局局部穩(wěn)定定由限定定鋼管的的壁厚來來保證，，要求壁壁厚不得得小于直直徑的1%，即：D/t≤1002.作為框架架柱時，，容許長長細比【λ】=80；用作平平臺柱時時，放寬寬到100；用作桁桁架壓桿桿時，可可放寬到到120。3.單管柱的的設計4.格構(gòu)式構(gòu)構(gòu)件的設設計2.軸心受拉拉構(gòu)件工作原理理鋼管混凝凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)主要是是用于受受壓構(gòu)件件。但在在實際工工程中有有時出現(xiàn)現(xiàn)鋼管混混凝土構(gòu)構(gòu)件或構(gòu)構(gòu)件的一一部分處處于受拉拉狀態(tài)，，如壓彎彎、受彎彎構(gòu)件等等。鋼管管混凝土土軸心受受拉時，，鋼管縱縱向伸長長，徑向向收縮。。由于鋼鋼管內(nèi)混混凝土限限制鋼管管的徑向向收縮，，在鋼管管與混凝凝土之間間產(chǎn)生了了緊箍力力。但是是混凝土土的抗拉拉強度很很低，在在拉力很很小時，，混凝土土橫向開開裂，形形成很多多微細的的裂縫，，其受力力特點是是鋼管為為縱向、、環(huán)向受受拉，而而徑向受壓壓，并且且一開始始受力就就產(chǎn)生緊緊箍力，，核心混混凝土受受環(huán)向和和徑向等等值側(cè)向向壓力的的作用，，而縱向向不受力力。總之，鋼鋼管混凝凝土軸心心受拉時時鋼管承承受縱向向拉力，，內(nèi)部混混凝土僅僅起著約約束鋼管管橫向變變形的作作用?；旎炷恋牡募s束作作用使鋼鋼管產(chǎn)生生緊箍力力，從而而提高了了鋼管的的縱向承承載力。。軸心受拉拉構(gòu)件的的承載力力計算根據(jù)鋼管管混凝土土軸心受受拉構(gòu)件件的工作作原理，，鋼管混混凝土軸軸心受拉拉承載力力可按鋼鋼管計算算，即Ｎ=K.fy.As3.偏心受壓壓構(gòu)件工作原理理當鋼管混混凝土受受到偏心心力作用用時，一一開始就就發(fā)生了了撓曲，，截面上上的應力力分布不不均勻。。如果構(gòu)構(gòu)件長細細比較小?。é?lt;10），構(gòu)件件在達到到極限承承載力之之前截面面按塑性性發(fā)展，，構(gòu)件破破壞為強強度破壞壞。當構(gòu)構(gòu)件的長長細比較較大時，，構(gòu)件的的承載力力取決于于穩(wěn)定。。荷載—變形曲線線三階段：：彈性階段（（OA）彈塑性階段段（AB）破壞階段（（BC）承載力計算算鋼管混凝凝土構(gòu)件件受力比比較復雜雜，但可可以認為為鋼管混混凝土偏偏壓構(gòu)件件受力實實質(zhì)是受受到軸向向壓力N和彎矩M同時作用用，可簡簡化為3種不同加加載路徑徑。4.鋼管混凝凝土構(gòu)造造的一般般規(guī)定(1)鋼材的選選用，應應符合《鋼結(jié)構(gòu)設設計規(guī)范范》的有關(guān)規(guī)規(guī)定，宜宜選用Q235、Q345和Q390鋼。混凝凝土采用用普通混混凝土，，混凝土土強度等等級不宜宜低于C30。（2）鋼管直直徑不得得小于100mm。根據(jù)焊焊接的需需要，管管壁厚度度不宜小小于4mm。鋼管外外徑與壁壁厚之比比值d/t，宜限制制在20到85（3）鋼管混混凝土的的套箍指指標θ=AS.fy/(AC/fc),宜限制在在0.3到3之間。（4）鋼管混混凝土構(gòu)構(gòu)件的長長細比不不宜超過過表里的的限制（5）格構(gòu)柱柱的構(gòu)造造應符合合下列要要求1）腹桿宜宜采用空空鋼管。。格構(gòu)柱柱腹桿和和柱肢應應直接焊焊接，柱柱肢上不不得開孔孔。2）斜腹桿桿格構(gòu)式式柱。斜斜腹桿與與柱肢軸軸線夾角角宜為40o∽∽60oo；桿件軸軸線宜交交于節(jié)點點中心或或腹桿軸軸線交點點與柱肢肢軸線距距離不宜宜大于d/4（d為柱肢外外徑），，當大于于d/4時，應計計算其偏偏心影響響；腹桿桿端部凈凈距不小小于50mm。3）平腹桿桿格構(gòu)式式柱，腹腹桿中心心距離不不大于柱柱肢中心心距離的的4倍；腹桿桿空鋼管管面積不不小于一一個柱肢肢鋼管面面積的1/4；腹桿的的長細比比不大于于單個柱柱肢長細細比的1/2。4）三肢或或四肢格格構(gòu)式柱柱應沿柱柱高方向向設置橫橫隔，橫橫隔間距距不應大大于柱截截面長邊邊的9倍或8m。在受有有較大水水平力處處和運輸輸單元的的端部應應設置橫橫隔，沒沒格運輸輸單元不不應少于于兩個。。（6）有防火火要求的的鋼管混混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)，可可在鋼管管外表面面涂刷防防火涂料料，或涂涂抹厚度度不小于于50mm的鋼絲網(wǎng)網(wǎng)水泥石石灰砂漿漿（1：2：8)。第五節(jié)鋼鋼管混混凝土的的施工與與發(fā)展施工鋼管混凝凝土的施施工包括括鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)施工和和混凝土土施工兩兩部分，，且各有有特殊性性。前者者是管柱柱的制作作與安裝裝，后者者是管內(nèi)內(nèi)混凝土土的澆灌灌。管柱的制制作就是是鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的制作作，其制制作和一一般鋼結(jié)結(jié)構(gòu)相同同，都應應在正規(guī)規(guī)的鋼結(jié)結(jié)構(gòu)制造造廠中完完成。現(xiàn)現(xiàn)場安裝裝則應