钢管混凝土结构.docx

钢管混凝土结构1、 前言钢管混凝土即在薄壁钢管内填充普通混凝土,将两种不同性质的材料组合而形成的复合结构,它是将钢管结构和钢筋混凝土结构的优点结合在一起而发展起来的新型结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点,同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。钢管混凝土作为一种结构构件形式最早在十九世纪八十年代被设计应用做桥墩,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。从八十年代末开始,钢管混凝土在我国的土建工程中的应用发展很快。近年来,随着理论研究的深入和新施工工艺的产生,工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等,其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广泛。2、 钢管混凝土结构的特点, 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。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。钢管混凝土柱在荷载作用下的应力状态和应力路径是十分复杂的, 仅以常用的一种加载方式为例,对其受力、变形特点进行简单剖析。据有关大量实验表明,如图l的一根钢管混凝土短试件在轴向力 N作用下钢管和核心混凝土随着纵向压力的增加两者均产生较大的纵向应力和纵向应变, 同时将产生横向变形。横向应变与纵向应变的关系为 IS S 3S,1C C 3C(式中的 3,1分别为纵向、环向应变,μ为材料的泊松比,下标s,c分别代表钢管和核心混凝土 )。在轴向力N作用下钢管和核心砼的变形是协调的,即 3S 3C。钢材的泊松 S在弹性阶段为一常数(),进入塑性阶段(应力达屈服点 fy时)。而混凝土的横向变形系数C则为变数,。由上式可见,钢管混凝土在轴心压力N作用下,开始时SC,31N钢管213 P混凝土21 N图1 试件轴压时的内力状态故1S 1C,但 C在很快赶上 S,则 S=C,而1S 1C,随后 C> S,1C 1S。这说明钢管混凝土在压力 N作用下混凝土向外的横向变形大于钢管向外的横向变形。钢管约束了砼,在钢管与混凝土之间产生了相互作用力P,称为紧箍力。从而使钢管纵向和径向受压而环向受拉,混凝土则处于三向受压状态。这样一来就大大提高了混凝土的抗压强度,同时塑性性能得到了很大的改善。在工作性质上起了质的变化。由原来的脆性材料转变为塑性材料,这一转变决定了钢管混凝土这种结构形式的基本性质和特点。2、 承载力高钢管混凝土强度提高的原因,主要是构件受压时,由于钢管和混凝土的泊松系数不同,随着荷载的增加,钢管由弹性工作状态进入塑性工作状态,;。这时钢管始终对填入的混凝土产生紧箍力,这样钢管和混凝土都处在三向应力状态下工作,因而抗压强度和变形能力都得到极大的提高。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