钢管混凝土柱论文十篇

钢管混凝土柱论文篇1

关键词：统一强度理论；钢管混凝土空心柱；轴心受压；承载力

中图分类号:TU312 文献标识号:A文章编号:2306-1499(2014)07-0182-02

钢管混凝土空心柱由钢管和混凝土内衬组合而成，其截面形式如图1所示。内衬混凝土通常采用离心法浇筑。该种构件除具有普通钢管混凝土承载力高、刚度大、塑性韧性好、抗震性能好等良好的力学性能外，还具有自身的优点：

第一，自重轻，由于构件中心部分的混凝土是抽空的，因而同实心钢管混凝土构件相比显著地减轻了重量，从而更便于运输和吊装；

第二，可以预制，该种构件可以进行大批量的工厂生产，减少现场的作业，由于是工厂的标准化生产，因此混凝土的成型质量较好地得到了保证。由于上述优点，该种构件已被广泛地应用到电塔结构中。国内外学者已对其开展了大量的研究工作，日本MIYAKI SATOSH[1-2]等先后报道了离心钢管混凝土短圆管的轴压测试和圆柱体轴向受力的剪切弯曲测试结果，分别给出了其抗压强度和极限抗弯强度的计算公式，0' Shea& Bridge[3]进行了短圆形离心钢管中填以溶剂和高强混凝土的性能试验，蔡绍怀、钟善桐等先后进行了钢管混凝土空心短柱和长柱的试验研究[4-7]。本文拟运用统一强度理论，考虑钢管因环向受拉导致纵向应力降低的影响分析钢管混凝土空心柱的轴压力学性能。

图1钢管混凝土空心柱截面示意图

1.统一强度理论

统一强度理论是1991年俞茂宏从双剪单元体出发，考虑应力状态的所有应力分量以及它们对材料屈服和破坏的不同影响，建立的一种全新的统一强度理论和一系列新的典型计算准则，它用一个统一的力学模型、简单的统一的数学表达式，可以十分灵活地适用于各种不同特性的材料，其数学表达式为[8]：

当 时 (1a)

当 时 (1b)

2.钢管混凝土空心短柱的轴压承载力

2.1钢管混凝土空心短柱的受力和破坏机理

钢管混凝土空心柱中，在受荷初期，由于钢材的泊松比大于混凝土的泊松比，因此钢材的横向变形大于混凝土，钢管和混凝土有相互分离的趋势。此时，钢管和混凝土按刚度比承受外荷载，截面的承载力可以认为是钢管和混凝土单独受力的简单叠加；当荷载继续增大时，混凝土泊松比增大并超过钢材，截面开始进入弹塑性阶段，混凝土的横向膨胀大于钢管的环向应变，两者产生相互作用力(紧箍力和鼓胀力)，混凝土内衬受钢管的侧向约束产生应力 ，同时混凝土内衬对钢管反作用有应力 ，如图3所示。进入塑性阶段后，混凝土的弹性模量时刻都在发生变化，随着荷载的进一步增大，钢管屈服后，钢管处于主要承受环向受拉、纵向受压的不利受力状态，钢管的环向应力不断增大，当环向应力达到屈服时，钢管对混凝土的约束控制力失效，截面承载力达到极限状态[4，6]。

(a)截面示意图(b)钢管所受侧压力 (c)混凝土内衬所受侧压力

图3钢管混凝土空心短柱截面及受力示意图

1.2钢管的承载力

在绝大多数工程实际和试验研究中的钢管混凝土空心柱采用的钢管均满足径厚比 ，因此可将其示为薄壁钢管。由前面所述的受力和破坏机理可知，在钢管混凝土空心柱中，外钢管对混凝土内衬作用有侧向压力，反过来混凝土内衬对钢管作用径向压力，并使钢管产生环向拉力。当钢管的环向拉应力达到屈服极限时，钢管失去对混凝土的约束控制力，构件达到极限承载能力状态，进而破坏。薄壁钢管处于轴向受压、径向受压、环向受拉的受力状态，令其所受的轴向压应力、径向压应力、环向拉应力分别为 、 、 ，则有

(3)

式中： 为薄壁钢管所承受的轴向压力； 为薄壁钢管的面积， ； 为薄壁钢管的壁厚； 为薄壁钢管的直径(外直径)； 为核心混凝土对钢管的径向压应力。文献[4]通过实验分析认为，当薄壁钢管达到屈服而开始塑流后，钢管混凝土空心柱的应变发展加剧，薄壁钢管所受的环向拉应力不断增大，纵向压应力相应减小，薄壁钢管从主要承受纵向压应力转变为主要承受环向拉应力，且环向拉应力大于纵向压应力的绝对值，即 。依据 的规定，对于薄壁钢管而言，其主应力为

(4)

1.3混凝土的承载力

在普通钢管混凝土中，因混凝土在轴向压力作用下，其横向扩展受到钢管的约束，从而处于轴向压缩和侧向均匀围压的三向受压应力状态，即 ，文献[9]依据统一强度理论推得

(9)

式中： ， 为混凝土的内摩擦角； 为混凝土在三向应力状态下的轴向抗压强度，用 表示； 为混凝土的单轴抗压强度； 为钢管对混凝土的侧向约束应力，用 表示。则式(9)可改写为

(10)

G .G .Meyerhof. N. M Hawkins等学者的试验指出，三向受压混凝土得出的内摩擦角变化范围为 ，侧压力小，内摩擦角大，侧压力大，内摩擦角小，相应的 值在 之间变化。钢管混凝土计算时经常取 ，具体值由试验确定。

2.3.2混凝土内衬的承载力

1.4钢管混凝土空心短柱轴压承载力统一解

钢管混凝土空心短柱的轴压承载力由钢管和混凝土内衬共同承担，即

(13)

式中： 为轴压承载力， 、 分别为钢管和混凝土内衬所承受的轴向压力。将式(8)、(12)代入式(13)，整理可得钢管混凝土空心短柱的轴压承载力统一解为

(14)

3.钢管混凝土空心长柱的轴压承载力

对于长柱来说，随着长细比的增加，钢管混凝土空心柱的破坏形态将由混凝土内衬塌落为标志的材料破坏逐渐转化为失稳破坏，因此，本文参照文献[10]的思路，引入一个考虑长细比影响的承载能力折减系数 来计算钢管混凝土空心长柱的轴压承载力 ，即

(15)

其中： 的表达式为， 。

4.结语

钢管混凝土柱论文篇2

【关键词】钢管混凝土加固柱，有限元模型，ABAQUS，延性，轴压比，翼缘长度，钢管厚度

0 引言：

随着建筑行业的发展，翼墙加固方法也引用到了建筑结构中，翼墙能够很好提高构件的抗侧移能力，放置在柱子的两侧或者一侧和柱子形成一个新的整体，共同承担荷载，增加了柱子的抗震性能[1]。在地震的作用下翼墙先于框架柱破坏，起到了很好的保护框架柱的作用，增大了整体结构的延性和耗能能力。

翼墙加固法具有加固效果非常的显著、施工方便、造价低等优点，本文在上述实验的基础上进一步考虑了影响钢管混凝土翼墙加固柱受力性能的几个参数。利用有限元软件ABAQUS通过对比分析法，得出参数对加固柱受力性能的影响。

1试件设计和材料力学性能

1.1试件设计

本文模拟中选取如下模型作为研究对象：混凝土柱尺寸为500×500mm，柱高为1.8m，纵向钢筋为12B16，箍筋为B8@ 200mm，底端加密箍筋为B8@100mm，两侧的翼墙为钢管混凝土，用钢套箍将钢管混凝土翼墙端部与钢筋混凝土柱固结在一起，其它部位无连接，钢套箍为高度为300mm，厚度为5mm。其中一个构件的截面如图5.1所示。

构件组的尺寸如表1所示。其中L（mm）表示钢筋混凝土柱的长，B（mm）表示钢筋混凝土柱的宽；l（mm）表示钢管混凝土翼墙的长度，b（mm）表示钢管混凝土翼墙的厚度；n表示轴压比；t表示钢管的厚度。

1.2材料力学性能

本文混凝土采用 C30，纵向受力钢筋和箍筋均采用HRB335级钢材，钢管采用Q345的钢材。

2利用ABAQUS对加固柱进行模拟分析

2.1模型建立

在本模拟中，混凝土翼墙和混凝土柱以及钢管三个部件均用8节点线性减缩积分式单元（C3D8R），纵向钢筋和水平箍筋采用两节点线性减缩积分式三维桁架单元（T3D2）[3]。

2.2定义相互作用

为了能够很好的拟钢管和混凝土之间的相互作用，本文认为钢管和混凝土之间满足下面几个条件[4-5]：（1）钢管和混凝土不可相互侵入；（2）接触力的法向分量只能是压力；（3）接触面的切向存在摩擦。钢管单元为主面，混凝土单元为从面，钢管和混凝土之间允许小滑移，摩擦系数为0.6，法向设定为硬接触，允许主、从面分离。

2.3施加边界条件与荷载

结合工程实际我们取框架柱中反弯点到固定端的部分作为研究对象，所以本文模拟中模型一端为自由端，另一端为固定端。

3管混凝土翼墙加固柱模拟结果分析

本文利用ABAQUS软件对三组构件，共6个有限元模型分别进行低周反复荷载作用下的模拟，这三组构件分别采用了轴压比不同其余变量相同和翼缘长度不同其余变量相同的原则进行对比分析，现选出其中几组进行分析。

3.1轴压比对构件的影响

通过对构件进行模拟分析，分别提取了加固柱的滞回曲线和骨架曲线，钢管混凝土翼墙中钢管厚度为7mm时，轴压比分别为0.3、0.5的加固构件的滞回曲线、骨架曲线图所示。

如图可知滞回曲线的形状比较饱满，当n=0.3时，构件受到的最大荷载值Fmax=723KN；n=0.5时，Fmax=881KN；n=0.7时，Fmax=987KN；在加载后期，骨架曲线出现下降趋势；随着轴压比的增大，曲线的下降斜率也越大；

本文利用有限元软件ABAQUS对建立的6个加固模型进行了模拟分析，并提取了它们的滞回曲线和骨架曲线。对其曲线进行了整理和分析得到以下结论：

（1）利用有限元软件ABAQUS轴压比、为参数建立的6个钢管混凝土翼墙加固钢筋混凝土柱模型进行分析，从滞回曲线和骨架曲线上可知，钢管混凝土翼墙加固柱均具有较好的耗能能力及抗震性能。

（2）通过对轴压比不同的几组加固构件的有限元模拟分析结果看出，随着轴压比的增加，加固柱的极限承载力增大。加载过程中随着加载位移的增大，钢管混凝土翼墙加固柱水平承载力有所下降，说明轴压比越大加固柱的延性越低。

参考文献

[1] 林树枝，袁兴仁.翼墙加固单跨框架抗震性能研究[J]. 工程抗震与加固改造，2011（01）

[2] 刘威.钢管混凝土局部受压时的工作机理研究[D].福州大学博士论文，2005

[3] Harada T.，Takeda，J.，Yamane，S.and Furumura，S.Strength.Elasticity and thermal properties of concretesubjected to elevated temperatures. International seminar on concreteforreactors，SCISP-34，Detroit.1992：377-406

[4] 景悦.方钢管混凝土轴压短柱非线性有限元分析[D].河北工业大学学位论文，2008

[5] 许哲.预制翼墙及钢桁架加固钢筋混凝土框架试验研究[D]. 沈阳建筑大学硕士论文，2012

作者简介：

龙秋颖（1990―），女，汉族，黑龙江省富锦市人，职务：学生，学历：研究生，研究方向为结构加固。

钢管混凝土柱论文篇3

论文关键词：方钢管混凝土柱,长细比,有限元

1 引言

方钢管混凝土的研究开展的较晚，各方面的理论还不够成熟和完善，以往的研究主要集中在试验研究上，本文采用有限元分析对方钢管混凝土柱的设计和施工提出合理建议，克服试验的不足。考虑到钢管混凝土是由钢管和混凝土两种不同材料所组成，混凝土和钢管之间有相对滑移，引入一种能反映钢管和混凝土两者间界面性能的单元----粘结单元，它能比较真实地反映方钢管混凝土柱的受力性能。

2 有限元模型的建立

本文模拟框架结构中间层的中柱，截取了方钢管混凝土柱从梁顶面到柱反弯点处的部分为研究对象。为了深入分析钢管混凝土柱的受力性能，充分考虑我国有关规范的规定，依据常见的工程实例设计了4个试件，采用大型商用有限元软件ANSYS对其受力性能进行了非线性有限元模拟。

2.1模型的几何尺寸

为了研究长细比对方钢管混凝土柱的受力性能影响，以BASE试件为基础，设计了ZG系列试件，详细尺寸见表1。

表1 试件尺寸明细表

 

试件名称

柱宽度

（mm）

柱高度

（mm）

管壁厚度（mm）

混凝土强

度等级

轴压比

钢 材

牌 号

ZG-1

500

1650

16

C50

0.5

Q345

BASE

500

1800

16

C50

0.5

Q345

ZG-2

500

1950

16

C50

0.5

Q345

ZG-3

500

2100

16

C50

钢管混凝土柱论文篇4

【关键词】钢管混凝土；工业厂房

一、钢管混凝土的特点

钢管混凝土是一种在钢管内部浇筑混凝土而形成的结构构件。根据钢管内所填充的混凝土的数量可以将钢管混凝土分为实心钢管混凝土和离心钢管混凝土。在没有特别说明的情况下，我们所说的钢管混凝土都是指实心钢管混凝土。由于钢管混凝土的形状是由钢管的横截面形式而决定的，所以根据钢管横截面的形式，我们可以将钢管混凝土分为多边形钢管混凝土、柱形钢管混凝土、方形钢管混凝土和圆形钢管混凝土等等。无论是何形状的混凝土，其材料基本上都是由无机非金属混凝土和金属钢复合而成的复合材料。钢管混凝土，就是由常见的钢――砼组合而成的一种重要的结构形式。

钢管混凝土的工作原理是这样的：首先在钢管内部填充足够的混凝土之后，钢管会对内部填筑的混凝土产生一个套箍力，这样可以极大地提高混凝土的强度和韧性。同时，也有利于整体结构稳定性的提高和用钢量的减少。例如在1982年建造的上海三十一棉纺厂，由于摈弃了传统的钢筋混凝土柱结构，采用了先进的钢管混凝土框架柱，在真正施工的过程中，节约水泥50%左右，节约用钢量15%左右，而且因为使用了钢管混凝土柱的原因，使得工程周期缩短了两个月，增加了近40万元的经济效益。

近年来，钢管混凝土柱的优势逐渐显露出来，不仅仅是工业厂房建造，而且水电站工程、建筑基础工程、跨河工程、地下工程、高层建筑工程等也纷纷使用钢管混凝土结构。这种结构形式之所以被大量使用，主要是因为它有以下特点：1、承载能力高。普通钢管因为受到材料性能、结构形式的限制，使得它所能发挥的稳定结构的能力只能由钢管壁来提供。大量的事实证明，普通钢管在常态形势下，所能承受的重力只是钢材理论条件下所能承受重力的三分之一到五分之一，在由其他因素如应力残余的影响下，钢管的承重能力更低。但是在钢管中填筑混凝土之后，混凝土受到轴心压力和套箍力的影响，纵向开裂比较缓慢，而且其钢管壁屈服的现象也能够有效避免或延缓，所以钢管混凝土结构其传统的钢筋混凝土结构具有更好的承载能力。2、塑性和韧性都有所提高。混凝土材料无法克服的一个缺点就是脆性，特别是对于高强混凝土，这种缺点就更加致命。但是在钢管混凝土中，因为混凝土处于三方面压力的作用下，所以其弹性性质能够得以改善，由此提高了混凝土的韧性和塑性。3、有利于抗火和防火。钢管混凝土是由钢管和混凝土组成，一旦遭遇火灾，钢管混凝土中的混凝土能够很好地发挥其吸热性能，减慢钢管壁的升温速度。在火场中，火源中心的温度非常高，由于材料的特性，钢管会出现变形、融化等情况，但是其中的混凝土在没有钢管作用的情况下，能够承受建筑结构对钢管混凝土结构的大部分横向荷载，使得建筑物结构能够坚持不倒。另外，防火涂料的出现和使用，也能够增强钢管混凝土的抗火性能。实践证明，在同等条件下的钢管混凝土柱和纯钢管柱，后者的耐火性要远远低于前者。4、耐腐蚀性能优于钢结构。相比于内外部均涂刷防腐材料的纯钢管结构，钢管混凝土内部因为有混凝土的存在，来隔绝钢管内壁和空气以及其他腐蚀性材料的基础，所以其抗腐和防腐能力较高。5、施工方便。由于其内部存在钢筋，所以钢筋混凝土在施工过程中必须要经过多种工序才能使用。但是钢管混凝土因为本身已经具有模板的作用，内部也没有其他的构造，因此在施工中可以免除多种复杂的工艺，这大大地简化了施工程序，缩减了施工时间。6、经济效益明显。钢管混凝土摒弃了钢管和混凝土这两种建筑材料的缺点，而综合了各自的优点，使得材料在应用方面更为合理。在实践中，我们可以知道，利用钢管混凝土结构进行施工，其重量要减轻一半左右，混凝土要节省一半左右，用钢量比起传统的钢结构也要减少二分之一，极大地减少了原材料，增加了效益。

二、单层和多层工业厂房钢管混凝土柱

由于单层工业厂，房中所使用的柱子属于偏心受压构件，这种结构形式能够在很大程度上发挥钢管和核心混凝土协同工作的优势，所以在实际工程施工过程中，厂房柱子多数都设计成格构式组合柱，其截面形式多种多样，例如单肢柱、四肢柱、三肢柱、双肢柱等等，这些结构形式能够把偏心弯矩转化为轴心力，因此得到了广泛的应用。例如本溪钢铁公司二炼钢锭模车间的钢管混凝土柱设计就是四肢柱；上海电机厂露天车间的厂房结构的主要钢管混凝土柱是三肢柱，太原钢铁公司第一轧钢厂的第二小型厂的厂房柱子使用的是双肢柱的结构形式等等。通过大量的工程实践可以知道，与钢筋混凝土结构和普通的钢柱结构相比，钢管混凝土结构具有承载能力高、塑性和韧性较强、具有较强的防火抗火能力、高度的耐腐蚀性、巨大的经济效益、外观轻巧等优点和特点，所以单层工业厂房在设计时一般都会考虑使用钢管混凝土结构土柱。在施工建造是，可以将钢管浇筑混凝土的环节放到主体结构全部完成之后再进行，这样可以大大地缩短工期，方便施工。

三、工业厂房钢管混凝土柱的牛腿和柱脚

工业厂房中的钢管混凝土柱的牛腿构造，是将钢管开槽，插入肩梁，并将钢管和肩梁与管壁焊接，最后再将肩梁和混凝土浇灌成一个统一的整体。肩梁有单、双之分，相比于双肩梁，单肩梁能够直接传力，在进行焊接的时候也较为容易方便，同时能够节省大量的材料，所以在具体施工过程中，一般都尽可能地使用单肩梁。由于钢管的管壁比较薄，所以在肩梁和管壁之间的空间比较小，在焊接的时候对于焊缝有着严格的要求，不能大于60倍的焊缝高度。因此吊车反力除了施加于焊缝之外，还依靠肩梁与核心混凝土的局部来承受压力。为了保证肩梁和管壁之间的焊缝能够符合需要，一般在肩梁范围内把钢管管壁加厚6mm。工业厂房中的钢管混凝土柱的柱脚构造，一般是采用将柱肢直接插入杯口的形式，而且其插入深度不能大于5倍的钢管外径。所以 钢管外肢出现拉力时，柱肢和基础的粘接力应该计算在内，这样才能够保证计算准确。

参考文献

[1]张庆伟.钢筋混凝土结构在重型工业厂房中的应用[J].山西建筑，2009.

钢管混凝土柱论文篇5

关键词:矩形钢管混凝土结构;受力;力学性能

中图分类号:TU528.571文献标识码:B文章编号:1009-9166(2010)014(C)-0165-01

一、矩形钢管混凝土结构简介

由于圆钢管对核心混凝土起到了有效的约束,使混凝土的强度得到了提高,塑性和韧性大为改善,且国内外对圆钢管混凝土的力学性能研究较为系统而深入,因此在实际工程中得到了广泛的应用。矩形钢管对核心砼的约束效果虽不如圆钢管显著,但矩形钢管混凝土仍有良好的效果,除了外形美观,与梁节点构造简单、连接方便等优点外,还具有能有效提高构件的延性及有利于防火、抗火等特点。

二、矩形钢管混凝土结构受力简介

圆钢管混凝土结构在实际工程中应用越来越多,而方、矩形钢管混凝土的工程实践则很少见,原因之一是缺乏有关设计规程。目前对矩形钢管混凝土构件力学性能的研究还不够完整、系统,计算方法采用参考方钢管混凝土的计算方法,但从直观上看,它与方钢管混凝土构件的内部受力不同,如下图所示。对于矩形钢管混凝土构件,矩形钢管对混凝土长边的最大约束力和短边的最大约束力不相等,而方钢管对混凝土各面上的最大约束力是相等的,这就给理论研究增加了一定的难度。若忽略钢管约束而引起的构件强度提高,仅对混凝土和钢管部分进行简单叠加,就降低了该结构的优势,所以需要对矩形钢管混凝土构件进行进一步的研究。

(a)方形截面混凝土约束力示意

(b) 矩形截面混凝土约束力示意

方、矩形截面混凝土约束力示意图

以往对矩形钢管混凝土力学性能的研究和目前对矩形钢管混凝土构件计算多限于应用已成熟的钢管混凝土构件的相应公式,主要对其差异进行调整、修正的方法。文献[1]在实验基础上,考虑了矩形截面长宽比的影响,对方形钢管混凝土短柱轴压公式进行了修正,提出了矩形截面钢管混凝土短柱承载力的计算公式。文献[2]对四根长宽比为1、1.2、1.36和1.5矩形钢管混凝土柱进行了轴压和同样长宽比下的偏心受压试验研究,比较了矩形钢管混凝土和方钢管混凝土在轴压和压弯计算时的差异,同时对矩形钢管混凝土轴心受压构件承载力计算采用折减后的约束系数修正方钢管混凝土轴压承载力计算公式。文献[3]提出了用截面形状系数而不是传统的长宽比来修正圆钢管混凝土轴压短柱承载力公式,通过5个轴压矩形钢管混凝土短柱试验,在分析其试验数据的基础上,结合前人研究的试件试验数据,回归出了相应的修正系数公式。还有研究者通过理论分析,发现在一定的参数范围内矩形钢管混凝土承载力的计算可以采用方形钢管混凝土构件的公式,文献[4]采用了等效截面的方法(即含钢率和约束系数都相同)比较了各种截面钢管混凝土轴心受压时的工作性能。利用增量格式的拉格朗日表述,建立了三维有限元模型,同时考虑了材料非线性和几何非线性,对长宽比分别为1.47、1.94和2.4的3个矩形截面进行了计算,并认为在长宽比不大于2.4的情况下,矩形截面可近似等效为正方形截面,采取相同的轴压强度标准值。还有文献[5]进行了44根矩形钢管高强混凝土轴压短柱的试验,考虑了含钢率、钢种、混凝土强度等级和长宽比等因素的影响,采用数值分析的方法,以试验为基础,分离钢管和核心混凝土的受力,提出了方形、矩形钢管高强混凝土中核心混凝土和钢材的纵向应力和应变的关系。

三、采用在大量试验数据基础上的矩形钢管混凝土结构

轴压力学性能的研究方法初探

由于在圆钢管混凝土中,钢管对混凝土的约束是均匀的,对于等侧压力作用下的三向受压混凝土的研究已相当成熟,所以大大减少了研究者从理论上分析其承载力公式的难度。方形和矩形钢管混凝土中的钢管对混凝土的约束力是不均匀的,方截面两个面上的最大约束力是相等的,而矩形截面两个面上的最大约束力是不相等的,对于核心混凝土在不均匀、不等侧压力作用下的混凝土强度与不等侧压力之间的关系目前还没有此方面的研究,这就增加了从理论上推导矩形钢管混凝土极限承载力公式的难度,而建立在大量试验数据的基础上,考虑重要参数对承载力的影响,进行多元线性回归而得出来的极限承载力公式具有简单、可靠的特点,为极限承载力的预测和评估提供了一种简便的方法。

作者单位:陕西科技大学

作者简介:梁鑫(1972― ),男,陕西省永寿县人,陕西科技大学,工程师。

参考文献:

[1]蒋涛,沈之容,余志伟.矩形钢管混凝土轴压短柱承载力计算.特种结构,2002,19(2):4―6.

[2]王蕾,江雪.矩形钢管混凝土短柱受压承载力计算.桂林工学院报,2003,10(4):441―444.

[3]余志伟.多层住宅矩形钢管混凝土梁柱及节点性能理论及试验研究.同济大学硕士论文,2003.

[4]钟善桐.钢管混凝土结构.北京:清华大学出版社,2003:8.

钢管混凝土柱论文篇6

【关键词】工艺流程；控制方法；控制要点；钢管柱制作；吊装；焊接；检测；混凝土浇筑

一、钢管混凝土柱在建筑工程中的应用领域

随着我国经济社会的发展，建筑行业日新月异，各种新材料、新工艺、新工法的成功应用，对建筑结构的安全性、可靠性也提出了更高的要求。在高层建筑中钢管混凝土柱的优越性愈来愈突出.可以节约大量混凝土和钢材，可以降低柱子造价，增加了有效使用面积，缩短工期，获得很大的经济效益。它具有良好的受力性能和施工性能，钢管混凝土柱的应用在日常生活中越来越广泛。

那么钢管混凝土柱在施工质量控制方面应注意那些问题呢？下面笔者就钢管混凝土柱施工质量控制谈谈自已的看法，也借此与同行业的同仁们一起讨论、交流与学习。

二、钢管混凝土柱施工工艺流程：

钢管柱制作工艺流程

施工图原材料复检钢板号料自动切割下料钢板坡口加工钢板卷制二氧化碳气体保护焊打底焊碳弧气刨清根焊钢管直焊缝超声波探伤检验校正钢管对接、拼装焊钢管环焊缝超声波探伤检验焊内衬环、耳板除锈、涂装检验合格出厂。

钢管柱安装工艺流程

施工图钢管检验柱轴线测量、放线钢管柱吊装钢管柱焊接焊缝检测合格楼层梁板模板安装楼层梁板钢筋安装钢管柱混凝土浇筑楼层楼板结构施工下一节钢管柱吊装。

三、钢管混凝土柱施工质量控制方法及控制要点

1、钢管柱制作

1）放样、号料应根据工艺要求预留制作和安装的焊接收缩量；制作时切割、刨边和铣平等加工余量。

2）钢管卷制：卷管方面应与钢板压延方向一致。在卷板过程中，应注意保证管端平面与管轴线严格垂直。卷压钢板时，考虑到一次变形量不能太大，应及时调整上滚间隙。钢管卷制后应在管端打上十字轴线并作标记。

3）在钢管卷制过程中，由于设备和材料的条件限制，需要进行对接，组对在托架上操作，托架构造。对接时应严格保持焊后管肢平直。焊接时，除控制几何尺寸外，还应控制焊接变形，焊接宜采用分段反向顺序，分段施焊应保证对称，并预留对接间隙，以抵消收缩变形。

4）钢管柱制作焊接纵、环焊缝均采用CO2气体保护焊打底，清根后自动埋弧焊焊接。全自动焊接中心操作示意。施焊前应清除焊丝上的油污和铁锈，对焊剂进行烘焙至350℃～400℃，保温2h。焊缝两端设置引弧板和引出板。焊接完毕后，应采用气割切除引弧和引出板，并修磨平整，不得用锤击落。

2、钢管柱安装

1）钢柱起吊前应地管端焊接区域打磨除锈，定出柱轴线与水平标高标记。钢管对接时，在对接处设置调节螺杆校正柱的垂直度，在x、y轴向架设2台经纬仪，测出柱底偏差，调整调节丝杆，使柱顶标记与柱底十字线重合，焊接环焊缝，卸去卡板，对柱身垂直度进行复测，并做好记录，以便下节柱安装调整，防止出现累积误差。

2）钢管柱的现场焊接形式为水平焊，施焊前焊条需烘焙，并保温2小时后方可使用。施焊时焊条应放在电热保温筒内，随用随取。焊接采用分段分向顺序，分段施焊保持对称，防止焊接变形影响安装精度。安装后焊缝要求进行超声波探伤检测。

3、钢管内混凝土浇灌

1）管内混凝土浇灌有三种方法：泵送顶升浇灌法；立式手工浇捣法；立式高位抛落无振捣法。泵送顶升浇灌需连续进行，中断时间太久会给继续泵送顶升浇灌造成很大困难，甚至无法继续浇筑，因此通常采用吊斗卸料、人工振捣相结合的方法，但要根据到现场的混凝土坍落度适时调整捣捧，振捣方法为快插慢拔。一次浇灌高度不宜大于2m，振捣时间不少于30s，插入点沿管平面呈三角形分布，距管壁150m。

2）当混凝土浇灌到钢管顶端时，可以使混凝土稍为溢出，防止柱头砂浆层过厚。

3）管内混凝土的浇灌质量，可用敲击钢管的方法进行初步检查，如有异常，则应用超声波检测。对不密实的部位，应采用钻孔压浆法进行补强，然而将钻孔补焊封固。

4）配制高性能钢管柱芯混凝土时，所用普通硅酸盐水泥量控制在400-500kg/m3，水泥与掺合料的总量不宜超过500kg/m3，为确保密芯填充密实和满足工程施工、强度设计要求，控制粉煤灰掺量不超过胶凝材料总量的20%。如果现场采用吊斗施工，选择砂率在34-36%。

钢管混凝土采用塔吊吊运加人工振捣的施工方法：

塔吊将载有混凝土的料斗吊运至钢管柱上方，钢管柱上口采用钢漏斗接料并采用导管辅助浇筑。

13、钢管柱安装质量保证措施

1） 轴线误差保证措施：在起吊重物时，宜使钢结构本体会产生水平晃动，此时应尽量停止放线。为防止阳光对钢结构照射产生偏差，放线工作要安排在早晨与傍晚进行。钢尺要统一，使用时要进行温度、拉力校正。

2） 标高误差控制措施： 标高调整采用垫片或地脚螺栓。由于土建和制作的累计误差都集中在吊装工作上，为控制结构标高，在钢结构加工时，定位支座高度可做负偏差，标高可用插片进行调整。

3）焊接的保证措施：为减少焊缝中扩散氢含量，防止冷裂和热影响区延迟裂纹的产生，在坡口的尖部均采用超低氢型焊条打底，然后用低氢型焊条或气体保护焊丝做填充。

4）焊接前，对母材焊道中心线两侧各2倍板厚的区域内进行超声波探伤检查。母材中不得有裂纹、夹层及分层等缺陷存在；严格控制焊接顺序，尽量减少垂直于板面方向上的约束。

四、 结论与建议

通过钢管混凝土柱施工流程全面详细的论述了钢管混凝土柱是在施工过程中的控制方法及控制要点，钢管混凝土柱施工还应注意以下几个方面的问题：

1、钢管柱焊接施工前要做好以下几方面工作：焊接变形，焊接处有裂纹、焊瘤、气孔、夹渣、咬边弧坑、未焊满等。

2、钢管混凝土柱施工过程中常见的质量问题： 钢管壁与混凝土之间有空洞、柱轴线偏差。

3、钢管混凝土柱施工质量检测包含焊缝超声波探伤检测，柱混凝土完整性超声波检测。

参考文献

[1] 《钢管混凝土工程施工质量验收规范》 GB50628-2010

[2]《高层建筑钢-混凝土混合结构技术规程》 CECS 230-2008

[3]《钢管混凝土结构技术规程》 CECS 28-2012

[4]《钢结构工程施工质量验收规范》 GB50205-2001

[5]《钢结构焊接标准》 GB50661-2011

[6]《钢结构施工及验收规范》 GB50205-2001

钢管混凝土柱论文篇7

矩形钢管混凝土结构的优越性已逐渐得到工程人员的认可，而且越来越多地被应用到实际工程中。从已有的实例看，钢管混凝土结构一般用于承受较大荷载的结构，如高层建筑和桥梁结构。钢管混凝土结构在我国已得到较为广泛的应用，并取得了较好的技术和经济效果。一、钢管混凝土在实际工程应用中的优点

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相互的组合作用，发挥了两种材料的优点，不仅使得混凝土的抗压强度提高、变形性能改善，而且避免或延缓了钢管发生局部屈曲。这决定了它在实际工程应用中的一些优点：

（一）承载力高。如果仅仅对于薄壁钢管而言，其临界承载力很不稳定。试验表明，它的实际承载力只有理论计算值的四分之一。但在钢管中填充混凝土以后，可以延缓或避免钢管过早地发生局部屈曲。钢管中的混凝土受到钢管的约束，可延缓其受压时的纵向开裂。两种材料相互弥补了彼此的弱点，可以充分发挥各自的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载能力，一般高于组成钢管混凝土的钢管及核心混凝土单独承载力之和。

（二）抗震和变形能力。对于钢管混凝土构件而言，其中的混凝土材料脆性很大，构件开裂后承载力和变形能力迅速降低。如果将混凝土灌入钢管中形成钢管混凝土，核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段它的弹性模量得以改善，在破坏时也具有较大的塑性变形。此外，若与钢结构相比，钢管混凝土结构由于混凝土的存在而提高了刚度，外力作用下的变形相对较小，在风荷载和地震荷载作用下，结构的水平位移可以严格控制。

（三）制作和施工方便。与钢筋混凝土柱相比，钢管可以兼作柱的外模和临时支撑，免去了绑扎钢筋、支模和拆模等工序；而且柱内无钢筋，混凝土浇灌也相对简单的多，可以做到多层一次施工，并能更好的配合施工中的泵送混凝土、高位抛落免振捣混凝土和自密实混凝土等技术。与钢结构构件相比，钢管混凝土的构造通常更为简单，焊缝少，更易于制作。

（四）耐火性能较好。众所周知，钢结构的耐火性能较差，构件温度升至600°C时结构完全丧失承载力，变形迅速增加，导致结构倒塌。因此，钢结构中构件要采用防火涂料进行保护。

（五）经济效果好。对于钢筋混凝土结构，由于轴压比的限制常常令柱截面尺寸很大，若改用钢管混凝土，柱截面将大大减小，建筑结构所占的面积也将大大减小，这对投资方而言会产生不小的经济效益。

二、矩形钢管混凝土节点的类型与性能

（一）钢管混凝土柱―钢筋混凝土梁节点

1.加强环肋板式节点

加强环肋板式节点由上下加强环和垂直肋板组成，垂直肋板和钢管及下环板焊接，钢筋混凝土预制梁端留一竖向糟，槽口顺肋板将梁放在下环上，用角焊缝将梁端预埋件与肋板及下环板相焊接，然后盖上上加强环，再将上环板与梁端预埋件焊接，如图1.1所示，这种刚性节点通过上下加强环传递梁端弯矩，垂直肋板传递剪力。这种节点型式的特点是传力可靠，在满足“强柱弱梁”的条件下设计好加强环，同时注意焊接质量，使塑性铰出现在梁端的情况下有良好的抗震性能。这种节点适用于多层工业与民用建筑。

图1.1 加强环肋板式节点

2.加强环承重销式节点

加强环承重销式节点是在梁顶用加强环分别和钢管及梁顶预埋件钢板焊接，预制梁端部做成下短、上长的变形截面形状搁在承重销上，如图1.2所示。加强环的作用是传递梁端弯矩所产生的拉力，承重销的作用是传递梁端传来的剪力，承重销多采用工字梁，它的腹板穿过钢管柱，上下翼缘则焊在钢管壁上。这种节点的优点是受力明确，刚度大，承载力高；缺点是构造较复杂，用钢量大，这种节点适用于重型工业厂房中。

图1.2加强环承重销式节点 图1.3 环梁节点

3.环梁节点

钢筋混凝土梁与圆钢管混凝土柱连接时，采用钢筋混凝土环梁节点。这种节点是围绕钢管柱设置现浇钢筋混凝土环梁，与钢管柱紧密箍抱，楼盖的纵筋锚固于环梁内，借环梁传递梁端弯矩；在钢管外侧位于环梁中部或靠近底部贴焊一或两根环形钢筋作为抗剪环传递梁端剪力，如图1.3所示。这种节点的传力方式是:梁的剪力传至环梁后，通过环梁和钢管间的粘结力、摩擦力和抗剪环传给钢管柱；梁的弯矩则由环梁承担并自行平衡或传至钢管柱。

（二）钢管混凝土柱―钢筋混凝土梁节点

1.内、外加强环节点

如图1.4所示为钢管混凝土外加强环节点。梁端剪力的传递采用焊接于钢管上的连接腹板实现，梁端弯矩的传递采用环绕钢管柱的加强环与钢梁上下翼缘焊接的办法实现。外加强环式节点是迄今为止实际工程中应用较多的一种节点型式，其传力路径简洁明确、节点刚度大、承载力高，在适当的截面设计下能较好地实现“强柱、弱梁、节点更强”的原则。

图1.4钢管混凝土外加强环式节点

内加强环式节点，即将钢梁翼缘板与腹板直接焊接在管柱外边，内环与梁的翼缘在同一水平面内，节点仍然能够满足刚性节点的要求。这种节点型式比外环节省钢材，但当管柱直径较大时才能采用，因为当管径较小时焊接困难，而且将妨碍管内混凝土的浇灌，我国1997年开始修建的深圳赛格广场大厦中重要的节点都采用了内加强环。

2.锚定板式节点

如图1.5所示为锚定板式节点，即在钢管内正对钢梁上、下翼缘处各焊一个T形锚定板，埋于柱核心混凝土内，以承受梁翼缘传来的力偶，剪力的传递则依靠梁腹板的竖直焊缝。其特点是构造简单、省钢材，但节点的整体刚度较小，适用于节点内力不大的情况，目前已在深圳赛格广场工程中应用。

图1.5锚定板式节点

参考文献：

[1]《高层钢管混凝土结构》 黑龙江科学出版社1999

[2]《新型方钢管混凝土柱―梁节点实验研究》 同济大学硕士学位论文 2000

钢管混凝土柱论文篇8

【关键词】 高层建筑 钢管混凝土柱 特点 施工技术

前言

我国有关钢管混凝土柱的应用应追溯至1966年的北京地铁车站工程[1]。从那以后，我国对其开展了一系列系统的科学试验研究，以确保钢管混凝土柱实际应用中的具体力学计算问题的可靠性，现已形成一套满足设计需要的计算理论和设计方法。钢管混凝土的强度高、重量轻、延性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能外，还具有省工省料、架设轻便、施工快速等优点，使得全国各地建筑工程越来越青睐于应用钢管混凝土柱。且随着高层建筑工程的兴建，钢管混凝土柱在广州、深圳、珠海、沈阳、天津、北京、重庆、昆明、福州和南京等城市的施工应用已日渐成熟。仅广州就有好世界广场、新中国大厦、名汇商业大厦、翠湖山庄、合银广场、新达城广场、冠军大厦、省邮电通讯枢纽综合楼、江南中心、南航大厦、京光广场、美东大厦、亿安广场、中华广场、市人大滨江东住宅楼、文昌花苑、芳草园等高层和超高层建筑采用该项技术，其中超过200m则有江南中心、南航大厦、京光广场、省邮电通讯枢纽综合楼、中华广场、合银广场、新中国大夏等工程。

1. 钢管混凝土柱的结构特点

众所周知，混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面：

1.1承载力高、延性好，抗震性能强

钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。而钢管混凝土短柱轴心受压试脸表明，试件压缩到原长的2/3，纵向应变达30%以上时，试件仍有承载力。所以它的延长性是可以用科学试验证明的[2]。抗震性能是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。工程实例证明，要保证同样的稳定性，钢柱要比钢管混凝土柱使用更厚的钢板，且经常发生塑性弯曲后丧失局部稳定。因此，钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱。

1.2施工方便，工期大大缩短

钢管混凝土结构施工时，钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响；由于钢管混凝土内部没有钢筋，便于混凝土的浇注和捣实；钢管混凝土结构施工时，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间[3]。

1.3耐腐蚀性能优于钢结构

钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少，受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多，抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省。钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用，使钢管内部的混凝土处于三向受压状态，使混凝土具有更高的抗压强度。但是圆钢管混凝土结构的施工难度大，施工成本较高。相比之下，方钢管混凝土结构的施工较为方便，但钢管混凝土受到的约束作用较小，结构的承载力较低。

2. 钢管混凝土柱的施工技术

2.1钢管混凝土柱的施工工艺

钢管柱吊装钢管柱焊接焊缝检测钢管柱内混凝土浇筑钢管柱外侧钢筋绑扎钢管柱外侧模板支设管柱外包混凝土浇筑下一层钢管柱吊装。

2.2钢管柱吊装施工

钢管柱标准层每层高3.5m，裙楼层高5 m，采用每层吊装一次，吊装焊接点预留在楼层以上1.5 m处，钢管柱标准层吊重2.75t，裙楼吊重3.93t，采用QTZ160 t·m的塔吊装，吊装在每层混凝土浇筑完成后插入进行，16根钢管柱吊装分两批进行，每次吊装8根，每次吊装时间半天。

2.3钢管柱的吊装定位

柱定位采用外侧垂线及内部轴线控制网相结合的方法进行控制，内部轴线控制网采用垂准仪投点测绘，并放出柱的四周边线及钢管柱吊装定位轴线点，内部轴线网点在首层，同时在15层、30层处进行原始轴线网点转换。外侧每层采用垂线，每层的垂线控制点在下一层的钢管柱上，同时每隔5层进行一次外侧轴线点的复核，辅以经纬仪进行。当出现外侧轴线点与内部轴耐控制偏差1mm时应进行轴线的复核，找出原因，进行纠偏。

2.4钢管柱的焊接

钢管柱的焊接采用气弧焊，焊接完成后先进行超声波检测自检，自检合格后邀请第三方检测单位进行检测。

2.5钢管柱高强度混凝土的浇筑

钢管柱内高强度C60混凝土采用塔吊吊运的方法在钢管柱焊接检测合格后进行，同时在柱内预埋检测混凝土密实性的超声波管。

2.5.1高强度混凝土的质量原材料控制

水泥：选用强度等级为52.5的普通硅酸盐水泥。

掺合料：选择1级粉煤灰，1级粉煤灰的活性较硅灰小，但对混凝土的后期强度提高有特殊的作用。

减水剂：在减水剂选择时，适合高强混凝土的生产。

碎石：选用5～31.5mm碎石，该种碎石立方体抗压强度高，满足高强混凝土的使用要求。

河砂：选用江中粗砂，砂细度模数在2.8～3.2之间，颗粒级配好，砂源干净，砂的含泥量及泥块含量少，不含氯离子，符合混凝土组份的标准。

2.5.2混凝土配合比设计

C60混凝土配合比设计28d平均抗压强度应达到72MPa，保证混凝土有足够的富余强度，弥补生产及施工过程中一些不确定因素对混凝土强度的影响。

2.5.3混凝土的浇筑振捣

钢管柱用插入式振捣棒密插短振，逐层振捣。振捣棒垂直插入混凝土内，要快插慢拔，振捣棒应插入下一层混凝土中5～10cm。捣棒插点按梅花形均匀布置，逐点移动，按顺序进行，不得漏振，每点振捣时间不少于60s。管外配合人工木褪敲击，根据声音判断混凝土是否密实，每层振捣至混凝土表面平齐不再明显下降，不再出现气泡，表面泛出灰桨为止。

钢管柱混凝土超声波检测，每4层进行一次，在混凝土强度达到100%后进行。

2.6钢管柱外包混凝土施工

钢筋绑扎和钢管柱模板施工，钢管柱外包混凝土采用和梁板混凝土一起浇筑的方式进行。

2.7标准层钢管柱与结构梁板模板的交叉配合施工

第1d：钢管柱吊装与核心筒柱墙钢筋同时进行，一天之内完成钢管柱的吊装。

第2～3d：钢管柱焊接与梁板模板支撑体系交叉同时进行，钢管柱的焊接及检测完成，同时结构梁板模板完成。焊接过程中在钢管柱采用彩条布封闭围护。

第4～5d：完成钢管柱内混凝土的浇筑，同时进行梁板钢筋的绑扎，钢管外包柱的钢筋绑扎和模板支设，三道工序交叉进行。

第6d：进行结构梁板柱和钢管柱外包混凝土的浇筑。

结束语

钢管混凝土柱的诸多优点，决定了其在现阶段的应用是相当普遍的。然而在其施工过程，方法的控制极其关键。只有正确的施工方法，才能保证钢管混凝土柱在高层建筑中充分发挥出其应有的优势。

参考文献：

[1] 杨蜀斌，陈莉. 钢管混凝土在建筑工程中应用[J].城市建设理论研究，2012，（03）：71-72.

钢管混凝土柱论文篇9

【关键词】钢管混凝土；承载力

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成、且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件。根据钢管截面形式不同，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。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。

混凝土的抗压强度高，但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将两者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高；同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。

钢管混凝土作为一种新型的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层建筑物)。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面：

1 承载力高、延性好、抗震性能好

钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。

2 施工方便、工期缩短

钢管混凝土结构施工时，钢管可以做为骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响；钢管混凝土结构施工时，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。在浇筑后，钢管内处于相当稳定的湿度条件，水分不易蒸发，省去浇水养护工序，简化了混凝土的养护工艺。

3 利于钢管的防火

由于钢管内填有混凝土，能吸收大量的热能，因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，增加了柱子的耐火时间，减慢钢柱的升温速度，并且一旦钢柱屈服，混凝土可以承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌。组合梁的耐火能力也会提高，因为钢梁的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低。经实验统计数据表明:达到一级耐火3小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/3一2/3甚至更多，随着钢管直径增大，节约涂料也越多。但由于外部钢材缺少混凝土保护，相当钢筋混凝土而言，耐火性能大大下降。

4 耐腐蚀性能优于钢结构

钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少，受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多，抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省。

钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用，使钢管内部的混凝土处于三向受压状态，使混凝土具有更高的抗压强度。但是圆钢管混凝土结构的施工难度大，施工成本较高。相比之下，方钢管混凝土结构的施工较为方便，但钢管混凝土受到的约束作用较小，结构的承载力较低。

对钢管混凝土柱，一般长细比（λ=4LO/D）小于12∽16的柱为短柱。在实际结构中，钢管高强混凝土轴压柱的长细比超过20，因而构件的承载力取决于稳定性。钢管混凝土长柱承载力的计算时考虑初始缺陷的影响，在短柱界限承载力计算的基础上乘以一个稳定系数φ。我国现行钢结构设计规范对钢结构轴心受压构件承载力的计算，是考虑杆长千分之一的初始挠度，计入残余应力的影响，按照压弯构件用最大强度理论来确定钢构件的临界力。

国外钢管混凝土的设计规范主要参考文献一∽文献三，我国的钢管混凝土相关规范参考文献四∽文献七。一些规范对圆钢管截面和方钢管或矩形钢管截面进行了区分。钢管混凝土构件承载力的计算大都采用极限状态设计。构件刚度的计算采用换算刚度法。强度和刚度的设计公式中，考虑混凝土和钢管的贡献都应用叠加法。我国相关规范在圆钢管混凝土短柱轴压承载力计算中都计入钢管套箍系数。柱轴心受压承载力采用稳定折减系数。

4.1 短柱极限承载力计算公式

短柱承载力又称为压溃荷载，是钢管混凝土各材料达到强度极限的承载力指标。

文献一：方钢混凝土短柱轴压承载力：

其中：

钢管的截面面积

混凝土的截面面积

钢筋的截面面积

钢管的抗压屈服强度标准值

混凝土的轴心抗压强度标准值

钢筋的抗压屈服强度标准值

钢管的材料分项系数

混凝土的材料分项系数

钢筋的材料分项系数

圆钢管混凝土短柱轴压承载力

其中：-考虑紧箍效应系数

钢管的厚度

钢管的直径

为防止钢管局部屈曲，宽厚比应满足：

文献二：美国钢结构协会的设计规程：将混凝土强度折算到钢材中，宽厚比小于限值时，可认为不发生局部屈曲，钢管混凝土轴压承载力：

其中： 钢管的截面面积

相对长细比

钢材修正屈服强度

文献三：采用叠加原理，填充混凝土和钢管两部分的承载力叠加作为钢管混凝土构件的承载力。

圆钢管混凝土短柱在计算其承载力时，考虑钢管和混凝土之间的约束效应而引入承载力提高系数，承载力计算：

其中： 应力上升系数，取 0.27

钢材的强度标准值，取

混凝土的圆柱体抗压强度

矩形钢管混凝土短柱：不计钢管和混凝土之间的约束作用，承载力计算：

文献四：认为圆钢管对核心混凝土的约束作用与螺旋箍筋的约束作用类似。圆钢管混凝土短柱轴压承载力：

其中： ―套箍系数，且

钢管设计屈服强度

混凝土轴心抗压强度

文献五：主要针对矩形钢管混凝土，短柱承载力计算：

其中： -无地震作用组合时，取其等于结构重要性系数；

有地震作用组合时，取其为承载力抗震调整系数。

文献六：把钢管和混凝土认为是统一的组合材料，通过试验回归得到组合材料的性能指标，采用构件整体几何特性和钢管混凝土的组合材料性能指标计算构件的承载力。圆钢管混凝土短柱的承载力 通过套箍系数（ ）计入钢管和混凝土之间的相互作用。承载力计算：

其中：组合构件横截面面积

组合轴压强度设计值

文献七：采用套箍系数（ ）计入钢管和混凝土之间的相互作用，矩形钢管混凝土构件的承载力 为:

其中： 组合构件横截面面积

组合轴压强度设计值

以上即为国内外钢管混凝土主要规范给出的短柱轴压承载力计算公式。计算钢管混凝土柱轴心受压承载力时，应考虑柱的长细比以及柱端约束情况。一般采用长细比参数通过柱的稳定设计曲线进行计算。

4.2 压弯构件承载力计算公式

偏心轴压荷载作用下，柱为压弯构件。

文献一：钢管混凝土柱设计表达为轴力与弯矩相关曲线，轴力与弯矩应分别满足：

其中：稳定承载力系数

压杆欧拉临界承载力

由相关曲线确定

纯弯时的极限承载力

文献二：钢管混凝土柱轴力和弯矩相关方程由纯钢柱的压弯相关方程变换得到，两者在形式上完全一致。组合截面的几何特征仍仅考虑外层钢管部分，而刚度和强度则要考虑管内混凝土的影响。轴力和弯矩共同作用下构件的相关曲线用一条直线代替。实际公式中要分别考虑小轴力和大轴力两种情况，小轴力作用下，公式中与轴力有关的一项要减小；大轴力作用下，公式中与弯矩有关的一项要略微减小。

其中： 取0.85

取0.9

轴压强度的极限

抗弯强度的极限

名义轴向抗压强度

我国规范CECS28:90（1992）方法：引入考虑偏心率影响的承载力折减系数 计算压弯构件承载力：

其中：柱端轴向压力对构件截面重心的偏心距

钢管的内半径

我国规范CECS159:2004方法：将矩形钢管混凝土构件在压弯作用下的相关曲线简化成一条折线，构件承受的轴力和弯矩应满足：

同时应满足 且

其中： -混凝土工作承担系数

钢管的净截面面积

管内混凝土受压区高度

净截面受弯承载力设计值（只有弯矩作用时）

参考文献：

[1]钢管混凝土设计与施工规程CECS28:29-1990 [S].北京,中国计划出版社,1992

[2]矩形钢管混凝土结构技术规程CECS159:2004 [S].北京, 中国计划出版社,2004

[3]汉.组合结构[M].北京,中国建筑工业出版社,2009

[4]张向荣.钢管混凝土结构在高层建筑中的应用现状及发展[B].中外建筑,2007

钢管混凝土柱论文篇10

[关键词]高层建筑 承重柱设计 探讨

中图分类号：TU972 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）11-0158-01

高层建筑结构承重柱种类比较多，其中比较常见的有钢纤维混凝土柱、箍筋约束混凝土柱等，这些承重柱各具优势，具体选择哪种类型，则需要根据高层建筑要求来定，有些类型的承重柱延性比较差，而有些承重柱轴压比不符合要求，设计人员要依据来选择承重柱。

一、高层建筑结构承重柱的种类

1.1 箍筋约束混凝土柱。根据配筋构造形式的不同，可分为普通箍、井字箍、井字复合箍、复合螺旋箍、连续复合矩形箍柱。箍筋约束混凝土柱的受力机理是利用复合钢箍或螺旋钢箍约束核心混凝土受压时的横向应变，使核心混凝土处于三向受压状态，从而提高混凝土强度，增加延性。这种类型柱在设计使用时，柱截面需做成圆形，适用性和灵活性差；采用焊接钢箍时，焊接麻烦，用钢量大，同时，钢箍约束核心混凝土横向应变有限，柱承载力提高和延性能的改进也是有限的。

1.2 钢纤维混凝土柱。钢纤维混凝土是一种由水泥、粗细集料和随机分布的短纤维组合而成的复合材料。由于钢纤维阻滞基体混凝土裂缝的扩展，使其各项物理力学性能都比普通混凝土有明显的提高和改善。试验研究表明，随着钢纤维含量提高，混凝土极限压应变明显增大。在其他各项条件基本相同的情况下，掺入适量钢纤维能够明显提高构件的延性。

1.3 钢管混凝土柱。根据截面形式不同，可分为方钢管混凝土柱、圆钢管混凝土柱和多边形钢管混凝土柱。钢管混凝土是将混凝土注入封闭的薄壁钢管内形成的一种组合结构材料，它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互制约，使其具备了优异的工作性能：承载力高、塑性和韧性好、经济效果好。采用钢管混凝土结构替代钢结构柱，可节约钢材50%左右；若替代钢筋混凝土柱，则在用钢量大体相同的情况下可减小柱截面面积50%左右。相应节约大量混凝土。

二、高层建筑结构承重柱设计重点

高层建筑结构承重柱设计的重要性不言而喻，在设计时需要抓住设计重点，能够起到事半功倍的作用，其设计重点主要有两点，一点是轴压比限值；另一点是抗震性能。具体阐述如下：

1、轴压比限

1.1 柱中轴压比是影响延性的主要因素之一，而影响混凝土柱延性的主要原因在于混凝土部分所分担的轴压力。确定一个合适的轴压比限值，以使混凝土柱的抗震延性得到满足，十分重要。同时轴压比是影响承重柱的破坏形态和变形能力的重要因素。《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）为了保证钢筋混凝土柱具有足够的延性，对柱的轴压比限值做出了规定，希望框架发生大偏心受压破坏，保证框架柱在地震作用下发生大变形时具有较好的延性，从而保证框架结构有足够的变形能力。实现框架大震不倒的抗震设计目标。对于箍筋约束混凝土柱，采用井字复合箍、复合螺旋箍、连续复合矩形箍钢筋混凝土柱，轴压比限值可增加0.10，但应保证最低配箍率的要求。

1.2 高强混凝土柱材料的性能

1.2.1 在材料的性能上，高强混凝土延性比普通混凝土延性差，在外荷作用下容易发生脆性破坏，但通过适当的配筋构造措施，用高强混凝土制作的构件延性同样可以满足设计要求，因此，其轴压比限值可不降低。

1.2.2 钢纤维混凝土柱的性能。与普通混凝土类似，存在大偏心受压破坏和小偏心受压破坏两种破坏形态。当钢纤维掺入量在1%-2%范围内，钢纤维混凝土抗压强度提高幅度较小。参照钢筋混凝土框架柱轴压比限值理论分析，钢纤维混凝土柱轴压比限值可略有提高。

1.2.3 钢管混凝土柱的性能。基于钢管混凝土压弯构件的水平力和位移恢复力特性的理论分析结果，钢管混凝土构件用于高层建筑中时，可采取限制长细比的办法，不必限定轴压比。

1.2.4 钢骨混凝土柱的性能，相关研究根据钢骨混凝土柱正截面承载力和低周期反复水平力作用下的静力试验结果，从钢骨混凝土柱界限破坏时内力的平衡条件出发，推导出轴压比的理论计算公式，经简化后提出了实用计算公式。2、改善短柱抗震性能

改进配筋构造型式，加强核心混凝土有效约束，如配置螺旋箍筋、复式箍筋、斜向交叉配筋等。提高构件承载力，减小轴压比，如钢骨混凝土柱、钢管混凝土柱和高强混凝土柱等；改进材料性能，提高混凝土变形能力，如钢纤维混凝土柱等；采用分体柱，变短柱为长柱。

三、高层建筑结构承重柱设计建议

承重柱设计对高层建筑而言，尤为重要，因为高层建筑的荷载比较大，而且对抗震性能要求比较高，如果承重柱设计没有符合这两点要求，对高层建筑来说消极影响非常大，因此在设计承重柱时，需要满足工程要求，结合个人多年高层建筑结构承重柱设计经验，提出以下建议：

首先，正确选择承重柱材料类型与性能直接影响到承重柱使用效果，尤其是荷载能力、强度方面影响特别大，通常情况下，承重柱制作材料都会选择钢管、高强混凝土材料，因为钢管具有一定的韧性，而混凝土性能也比较突出，因此使用这两种类型的材料完全符合工程要求，最为常见的承重柱为型钢高强混凝土柱；其次，注重承重柱的选型，其选型需要考虑比较多的问题是，其中最重要的有两项，一个是施工技术，另一个是经济指标，这两点要综合考虑，与此同时，还需要考虑承重柱轴力大小，轴力大小不同，其型号必然也不相同。之所以要重视承重柱的选型除了上述的原因外，还主要是因为抗震性能的要求，通常钢纤维混凝土柱能够满足高层建筑对抗震性能的要求；有些设计人员在承重柱选型时，没有考虑到截面尺寸的问题，所以选择的承重柱截面不适宜，出现截面尺寸过大的情况比较多，为了有效的缩减截面尺寸，可以选择高强混凝土柱等，这种类型对缩减承重柱尺寸效果比较好；最后，承重柱种类不同，其轴压比限值有所不同，因此在选定轴压比时，要视具体情况而定，尽量将误差降到最低。过高的轴压比，承重柱塑性会受到严重的影响，因为轴压比高，承重柱的预压应变比较大，预压应变对承重柱的塑性影响非常大，尤其是转动能力的影响，这样会降低承重柱的延性。但是如果轴压比比较低，承重柱的截面尺寸会出现过大的现象，则会影响承重柱的高度，这会影响承重的延性。基于以上叙述，在选择承重柱时，首先要考虑有限延性，其次注意选择轴压比，进而才能使承重柱最大程度的获得水平抗力。

四、结语

综上所述，可知对高层建筑结构承重柱设计进行探讨非常重要，因为作为建筑结构中普遍使用的承重柱构件，对设计人员的水平要求比较高，在此对其设计的相关问题进行探讨，能够为相关设计人员提供参考，使其在设计时能够注意到相关问题，而避免出现不必要的问题。

参考文献