钢管约束混凝土结构技术研究与应用二-兰州大学土木工程与力学学院

钢管混凝土柱-钢梁环板节点抗剪性能数值模拟
史艳莉;谢娜;王文达;张鹏鹏
【期刊名称】《土木工程与管理学报》
【年(卷),期】2011(028)003
【摘要】为了研究钢管混凝土柱-钢梁环板节点的抗剪性能,采用ABAQUS软件对节点进行了数值模拟.通过对大量的典型算例进行数值模拟,验证模型的合理性.在此基础上,依据规范所规定的节点设计的一般原则,建立钢管混凝土柱-钢梁环板节点的有限元典型试件模型,并对该模型进行单调加载下的全过程分析.依据所得到的有限元数值模拟结果,分析节点宏观的破坏形态以及微观的剪力-剪切变形关系,以此来明晰节点的受剪机理,从而为抗剪设计提供一定的依据.
【总页数】5页(P183-187)
【作者】史艳莉;谢娜;王文达;张鹏鹏
【作者单位】兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州730050
【正文语种】中文
【中图分类】TU398+.9
【相关文献】
1.钢管混凝土柱-钢梁环板节点抗剪性能数值模拟 [J], 史艳莉;谢娜;王文达;张鹏鹏
2.方钢管混凝土柱-钢梁外环板式节点抗剪性能 [J], 别雪梦;李召;管文强;杜国锋
3.十字形钢管混凝土柱-钢梁节点抗剪性能研究 [J], 赵毅;闫梦辉
4.复式钢管混凝土外肋环板节点抗剪承载力研究 [J], 张玉芬;王富;朱戈
5.方钢管混凝土柱与钢梁的外肋环板节点抗震性能试验研究 [J], 苗纪奎;陈志华;姜忻良;李黎明
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钢管约束型钢混凝土柱火作用下受力性能分析
王尚;王卫永;刘界鹏
【期刊名称】《钢结构》
【年(卷),期】2017(032)001
【摘要】为了得到火作用下钢管约束型钢混凝土柱的抗火性能,采用有限元软件ABAQUS建立钢管约束型钢混凝土柱有限元模型、分析ISO-834标准升温条件下构件的温度场分布和耐火极限.研究截面尺寸、荷载比、长细比等因素对构件耐火极限的影响规律.采用试验数据对分析结果进行验证,吻合较好.
【总页数】5页(P100-104)
【作者】王尚;王卫永;刘界鹏
【作者单位】重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆400045;重庆大学土木工程学院,重庆400045;重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室,重庆400045
【正文语种】中文
【相关文献】
1.高温下钢管约束型钢混凝土柱的受力性能 [J], 王卫永;宋柯岩;刘界鹏
2.带约束拉杆L形钢管混凝土轴压柱受力性能分析 [J], 谭良斌;刘忠;朱勇杰;杨哲光;朱智俊
3.真实火作用下圆钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能 [J], 刘发起;吉力阿木;杨冬冬;杨华
4.横向撞击荷载作用下中空夹层钢管混凝土构件的受力性能分析 [J], 史艳莉;何佳星;鲜威;王蕊
5.相对两面受火的方钢管约束型钢混凝土柱抗火性能 [J], 张玉琢; 刘雨杰; 吕学涛因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

2011 年 1 月施工技术第40卷第1期CONSTRUCTION TECHNOLOGY 47大型复杂钢结构施工力学及控制新技术的研究与工程应用郭彦林1，田广宇1，周绪红2，陈国栋3(1.清华大学土木水利学院，北京100084; 2. 兰州大学土木工程与力学学院，甘肃兰州730000;3. 浙江精工钢结构有限公司，上海200233)［摘要］随着我国钢材产量持续位居世界首位，钢结构在建筑工程中的应用越来越广泛。

特别是大型公共建筑领域，涌现出大量复杂钢结构工程。

它们对施工力学分析和控制技术提出了多方面挑战，尤其表现在三维动态变形预调技术的发展，整体提升、落架、起扳、滑移、张拉技术的信息化应用，面向建筑全生命周期结构设计理念的实现以及对施工误差、施工环境温度、焊缝收缩、混凝土收缩徐变等影响成型结构性能的因素的控制研究上。

这些技术难点，必须通过能够在时间域和空间域进行协同时变分析的一体化系统来解决。

结合国内外具有代表性的大型复杂钢结构工程，阐述了一体化协同时变分析系统在解决上述施工力学和控制问题时的原理、方法以及其中的新算法、新技术，为今后的工程建设提供参考。

［关键词］施工力学; 施工控制; 一体化协同时变系统; 大型复杂钢结构［中图分类号］TU391; TU74［文献标识码］A［文章编号］1002-8498(2011)01-0047-09Application and Research of Construction Mechanics and New Control Technology in Large and Complex Steel Structures ConstructionGuo Yanlin1，Tian Guangyu1，Zhou Xuhong2，Chen Guodong3(1.School of Civil Engineering，Tsinghua University，Beijing100084，China;2. School of Civil Engineering and Mechanics，Lanzhou University，Lanzhou，Gansu730000，China;3. Zhejiang Jinggong Steel Building Co. ，Ltd. ，Shanghai200233，China)Abstract:With the capacity of steel production in China continuing to be the top of the world，steel structures are used more and more widely in buildings. Especially in large public buildings，lots of complex steel structures come forth. They challenge construction mechanics and control technologies in many aspects，particularly in development of 3-D dynamic pre-set construction deformation technique，informational application of integrated lifting，dismantling，pulling，slipping，tension technique，realization of full-life-oriented structural design，control criteria of construction deviation，influence of construction environment temperature，welding deformation and concrete's shrinkage-creep and so on. These problems have to be solved by integrated cooperative time-variation analysis system involved in space domain.Taking typical large complex steel structures home and abroad as examples，the authors point out theories and methods of integrated cooperative time-variation analysis system to solve problems above and introduces the new algorithm and FE element， which can provide reference for further construction analysis of projects.Key words:construction mechanics; construction control; integrated cooperative time-variation system;large complex steel structures随着我国钢材产量持续位于世界首位，钢结构在大型公共建筑领域得到了广泛的应用，在高层结［收稿日期］2010-11-10 ［作者简介］郭彦林，清华大学土木水利学院土木工程系教授，博士生导师，北京100084，电话: ( 010 ) 62796859，E-mail: gyl @ mail. tsinghua. edu. cn构领域，出现了CCTV新台址主楼、深圳证券大厦这种大悬挑结构;在大跨度结构领域，既有国家体育场“鸟巢”、深圳湾体育中心、深圳大运体育中心等造型独特的刚性结构，又有佛山世纪莲体育场、深圳宝安体育场等由拉索构成的柔性结构。

兰州大学22春“土木工程”《钢结构》作业考核题库高频考点版（参考答案）一.综合考核(共50题)1.主次梁间的连接形式有()。

A.叠接B.平接C.降低连接D.提高连接参考答案：ABC2.铰接框架横梁与柱子铰接，适用于吊车起重量不很大的轻型维护结构。

()A.正确B.错误参考答案：A3.选择翼缘宽度和厚度时一般取翼缘宽度为10mm的倍数，厚度取2mm的倍数，且不小于8mm。

()A.正确B.错误参考答案：A4.钢结构的震害主要有节点连接的破坏、构件的破坏以及结构的整体倒塌三种形式。

()A.正确B.错误参考答案：A5.(静力荷载作用下)工字形截面梁的截面部分塑性发展系数为()。

A.rx=1.0，ry=1.0B.rx=1.05，ry=1.2C.rx=1.2，ry=1.05D.rx=1.05，ry=1.05参考答案：B6.纵向水平支撑提高屋架平面内(横向)抗弯刚度，使框架协同工作，形成空间整体性，减少横向水平荷载作用的变形。

()A.正确B.错误参考答案：A7.实腹式轴心受拉构件计算的内容包括()。

A.强度B.强度和整体稳定性C.强度、局部稳定和整体稳定D.强度、刚度(长细比)参考答案：D8.次梁和主梁的连接形式按其连接相对位置的不同，可分为叠接和平接。

()A.正确B.错误参考答案：A9.在结构设计中，失效概率Pf与可靠指标β的关系为()。

A.Pf越大，β越大，结构可靠性越差B.Pf越大，β越小，结构可靠性越差C.Pf越大，β越小，结构越可靠D.Pf越大，β越大，结构越可靠参考答案：B10.侧面角焊缝主要承受剪应力。

()A.正确B.错误参考答案：A11.厚钢板常用做大型梁、柱等实腹式构件的翼缘和腹板，以及节点板等。

()A.正确B.错误参考答案：A12.梁和柱的连接方式有()。

A.铰接B.刚性连接C.半刚性连接D.柔性连接参考答案：ABC13.高强度螺栓群在扭矩。

剪力共同作用时的抗剪计算方法与普通螺栓群相同，但应采用高强度螺栓承载力设计值进行计算。

兰州大学22春“土木工程”《结构力学》期末考试高频考点版（带答案）一.综合考核(共50题)1.用力矩分配法计算图116梁时，结点B的不平衡力矩的绝对值为()K·NmA、28B、24C、4D、8参考答案：C2.图79所示梁C点的竖向位移为()A、AB、BC、CD、D参考答案：B3.图32多跨梁C截面的弯矩为()A、M/4B、M/2C、3M/4D、3M/2参考答案：B4.图25梁中的轴力()A、全部为拉力B、为零C、全部为压力D、部分为拉力，部分为压力参考答案：C5.在常用超静定干系结构中，不能用位移法求解的结构是()A、桁架B、拱C、组合结构D、均可求解参考答案：D6.图14体系属于几何不变体系。

()A、错误B、正确参考答案：A7.图48结构M图的形状是()A、AB、BC、CD、D参考答案：A8.图4属于()A、几何不变体系，且无多余约束B、几何瞬变体系C、几何不变体系，且有多余约束D、几何可变体系但W<0参考答案：B9.图42桁架有()根零杆A、3B、9C、5D、6参考答案：B10.水平梁上某截面剪力影响线载该截面左、右影响量绝对值之和为1。

()A、错误B、正确参考答案：B11.当组成刚架的各杆的轴线和外力都在同一平面时，称作平面刚架。

()A、错误B、正确参考答案：B12.图56桁架，当移动荷载p在下弦移动时，杆54的轴力恒为()A、-PB、0C、P/2D、P参考答案：B13.力法的基本结构是()A、静定结构B、超静定结构C、单跨超静定梁D、多跨超静定梁参考答案：A14.图47结构中MCA和QCB为()A、MCA=0，QCB=+m/lB、MCA=m(左边受拉)，QCB=0C、MCA=0，QCB=-m/lD、MCA=m(左边受拉)，QCB=-m/l参考答案：B15.图49桁架a的轴力(以拉力为正)为()A、AB、BC、CD、D参考答案：D16.图49桁架a的轴力(以拉力为正)为()A、AB、BC、CD、D参考答案：D17.用机动法作静定结构内力(反力)影响线的理论依据是刚体系的虚功原理，是将作影响线的静力问题转化为作虚位移图的几何问题。

兰州大学土木工程与力学学院研究生考试真题一、选择题在土木工程中，下列哪项不是结构分析的主要目的？A. 确定结构的承载能力B. 评估结构的变形情况C. 优化结构的设计方案D. 预测结构的使用寿命关于弹性力学，以下哪项描述是错误的？A. 弹性力学研究物体在外力作用下的变形和应力分布B. 弹性力学中，物体变形后能够完全恢复原来的形状和尺寸C. 弹性模量是描述材料弹性性能的重要参数D. 弹性力学不考虑材料的时间效应在土力学中，土的抗剪强度主要由哪项参数决定？A. 土的密度B. 土的含水量C. 土的内摩擦角D. 土的压缩模量钢筋混凝土结构中，混凝土的主要作用是什么？A. 提供结构的承载能力B. 保护钢筋免受腐蚀C. 增加结构的刚度D. 提高结构的耐久性下列哪种材料属于土木工程中常用的复合材料？A. 砖B. 木材C. 钢筋混凝土D. 玻璃纤维增强塑料二、填空题在土木工程中，结构的承载能力是指结构在承受______和______作用下，保持正常工作状态的能力。

弹性力学中，应力与应变之间的关系通常用______来描述。

土的______和______是评估土体力学性质的两个重要参数。

钢筋混凝土结构中，钢筋与混凝土之间的______是保证结构整体性能的关键。

土木工程中常用的结构分析方法包括______、______和有限元法等。

三、简答题请简述结构分析在土木工程中的重要性。

弹性力学的基本假设有哪些？请简要说明。

钢筋混凝土结构中，混凝土与钢筋各自起到什么作用？它们之间是如何相互作用的？土力学中，如何评估土的抗剪强度？请列举至少两种常用的方法。

在土木工程中，为什么需要对结构进行动力分析？动力分析的主要内容是什么？。

兰大《工程力学(II)(材料)》平时作业离
线任务
任务背景
"工程力学(II)(材料)"是兰州大学工程学院的一门重要课程，旨在帮助学生理解材料的力学性质和行为。

为了提高学生对课程内容的掌握和应用能力，教师经常布置平时作业离线任务。

任务目标
1. 理解课程中涉及的关键概念和理论知识。

2. 掌握材料力学的基本计算方法和分析技巧。

3. 培养解决材料力学问题的思维能力和创新能力。

任务要求
1. 所有任务以个人完成为基本要求，禁止抄袭。

2. 每次任务的截止日期将在任务布置时明确通知。

3. 任务完成后，将作业文件提交至指定的在线平台。

4. 任务所涉及的内容会与课程讲解内容对应，提前预和课后复是完成任务的基本要求。

任务安排
在课程进度的不同阶段，将会安排以下离线任务：
1. 练题解析与例题拓展：在掌握了基础的材料力学知识后，通过解析练题并拓展类似的例题来加深理解。

2. 理论应用实践：通过分析实际工程问题并应用所学的理论知识，培养解决问题的能力。

3. 综合应用练：组织学生将课程中所学的知识综合运用到复杂的工程问题中，以提高综合应用能力。

任务评价
任务完成情况将会作为平时成绩的重要组成部分，教师将根据任务完成情况对学生进行评价。

评价标准包括任务提交的及时性、完成任务的准确性和深度、创新思维的展示等因素。

总结
兰州大学《工程力学(II)(材料)》平时作业离线任务旨在通过实践和应用来提高学生对材料力学的理解和掌握能力。

希望同学们能够积极参与任务，将课程知识运用到实际问题中，并通过任务的完成不断提升自己的学习成果。

文章编号:100025889(2003)0320113205钢管混凝土结构研究及应用的关键技术王文达1,2,朱彦鹏1(1.兰州理工大学土木工程学院,甘肃兰州　730050;2.福州大学土建学院,福建福州　350002)摘要:综述了钢管混凝土结构理论研究及应用的现状和新进展.对钢管混凝土的静力性能,长期荷载作用下的力学性能、动力性能及耐火性能等研究成果做了概述,并对其粘结性能研究、钢管高强高性能混凝土研究、火灾后剩余承载力研究等最新研究进展和关键技术进行了介绍.总结了钢管混凝土结构在拱桥和高层超高层建筑中的应用,并对其需要进一步深入研究的关键技术问题进行了探讨.关键词:钢管混凝土结构;力学性能;工程实践;研究进展中图分类号:TU528.59 文献标识码:AK ey technique for investigation and application ofconcrete f illed steel tubular structuresWAN G Wen2da1,2,ZHU Yan2peng1(1.College of Civil Engineering,Lanzhou Univ.of Tech.,Lanzhou　730050,China;2.College of Civil Engineering,Fuzhou University,Fuzhou 350002,China)Abstract:The current situation and new progression of theoretical investigation and application of concrete filled steel tubular(CFST)are summarized briefly.The investigation results of static performance of steel tubu2 lar concrete and its mechanical,dynamic,and fireproof properties under long2time action of the load are also re2 lated generally and the adhesion of that concrete is investigated also.New progression of the investigation such as that of high2strength and high2performance steel tubular concrete and its post2fire residual bearing capacity is in2 troduced together with the key techniques for them.Finally,the application of steel tubular concrete structure to the construction of arch bridges and tall buildings is briefly summarized and the key technical problems need to be further investigated are discussed.K ey w ords:concrete steel tubular;mechanical performance;engineering practice;investigation progression 钢管混凝土结构是指在钢管中填充混凝土而成的构件,按照截面形式的不同分为圆钢管混凝土、方钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土构件等.它利用了钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互之间的组合作用,充分发挥了两种材料的优点,不仅使混凝土的强度大大提高,塑性和韧性大为改善,而且可以避免或延缓钢管发生局部屈曲,从而使钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好以及施工方便等优点.前苏联在五六十年代对钢管混凝土结构进行了 收稿日期:2002212206 基金项目:甘肃省自然科学基金(ZS0222A252010) 作者简介:王文达(19762),男,甘肃清水人,讲师,硕士.大量的研究,并在一些土建工程中进行了应用.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DIN18800(1997)等.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ACI319—89(99,02),SSLC (1979)和L RFD(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AI J(1980,1997).澳大利亚和加拿大等国学者对薄壁钢管混凝土结构进行了系统深入的研究,目前正在编制设计规程.各国的设计规程有各自的第29卷第3期2003年9月甘　肃　工　业　大　学　学　报Journal of G ansu University of TechnologyVol.29No.3Sept.2003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:J C J 01—89,CECS 28:90,DL 5085/T —1999和G JB 4142—2000[1～4].而且,钢2混凝土组合结构(包括钢管混凝土)已被列入国家科技成果重点推广项目.近些年来钢管混凝土结构无论在科研还是工程应用方面都取得了很大的发展.在科研方面,科研人员对钢管混凝土构件的力学性能及钢管混凝土的耐火性能进行了较深入的研究,已取得大量有实用意义的成果,而且许多都应用在最新规程的编制和工程实践当中;工程应用方面,在大跨度拱桥结构和高层、超高层建筑中都得到愈来愈广泛的应用.1　钢管混凝土结构理论研究现状及进展1.1　钢管混凝土统一理论组成钢管混凝土的钢管和混凝土在受力过程中的相互作用是形成钢管混凝土具有一系列优越的力学性能的关键.也正是由于对这种相互作用的研究出发点不同,形成了不同的研究方法,其区别在于如何估算钢管和混凝土之间相互约束而产生的“效应”.这种效应的存在,形成了钢管混凝土构件的固有特性,从而导致了其力学性能的复杂性.哈尔滨工业大学(原哈尔滨建筑大学)经过多年研究率先提出把两种材料组成的构件作为统一体来研究其综合性能的“统一理论”[5,6],使得钢管混凝土结构研究成为理论完整的新体系,改变了传统方法,并给设计带来了许多方便.“统一理论”的基本思想为:分别确定钢材和核心混凝土的应力2应变关系模型,然后利用数值分析方法计算出各类构件(如轴压、轴拉、纯弯曲、纯扭转和纯剪切)的综合荷载2变形全过程关系曲线,由这些关系曲线推导出钢管混凝土的各种综合力学性能指标(如轴压和轴拉模量、轴压和轴拉强度指标、抗弯模量和抗弯刚度、剪切模量和剪切刚度等).由于计算时采用的钢材及核心混凝土的应力2应变关系模型中已包含了钢材和混凝土二者相互作用的效应,因而在钢管混凝土结构的综合力学性能指标中自然也就包含了这种效应.利用这些指标和构件的几何性质参数(如截面积、抗弯和抗扭抵抗矩及惯性矩等)可直接计算构件的承载力,概念清楚,计算方便.对于各种复杂受力(如压弯、弯扭、压弯扭等)的情况,同样可以计算出不同加载路径下的荷载2变形全过程关系曲线,并基于此推导各种荷载作用下的极限准则,利用所获得的综合力学性能指标推导各种荷载作用下各自相应的承载力计算公式,并使其相互衔接起来,概念清楚,符合实用原则,最终形成了钢管混凝土统一理论,并用统一理论的思想指导钢管混凝土的研究.在该理论的指导下,还可以进行钢管高强度混凝土的力学性能与设计方法以及钢管混凝土耐火性能与防火设计方法的研究.1.2　钢管混凝土的静力性能近几十年来,国内外对钢管混凝土构件在静力作用下的力学性能进行了大量的试验研究和理论分析[7～9],取得了丰富的成果,基本都反映在各国的设计规范中.我国的研究者在大量试验研究和参数分析的基础上,建立了基于统一理论的钢管混凝土轴压构件、弯曲构件、偏压(压弯)构件等的设计方法和计算公式,并且在圆钢管、方钢管和矩形钢管混凝土构件[10]方面都取得了相应的成果,已应用在电力规范(DL/T 5085—1999)、国家军用标准(G JB 4142—2000)和正在编制的《矩形钢管混凝土结构设计规程》之中.1.3　长期荷载作用下钢管混凝土柱力学性能徐变和收缩是混凝土在长期荷载作用下的固有特性.由于核心混凝土的压缩徐变与收缩,将导致混凝土模量的降低,同时在钢管和核心混凝土之间产生内力重分布,使钢管应力增加,从而导致钢材应力进入塑性阶段,钢管发生局部屈曲.因此,核心混凝土的徐变与收缩现象将影响到整个钢管混凝土构件的刚度和承载力.在长期荷载作用下,核心混凝土的工作具有以下特点:一是核心混凝土处于密闭状态,和周围环境基本没有湿度交换;二是核心混凝土的收缩会受到其外包钢管的限制作用;三是在受力过程中,当核心混凝土的泊松比大于钢管的泊松比时,将会受到钢管的有效约束而处于复杂受力状态.这些都会影响到混凝土的徐变和收缩变形,从而使得钢管混凝土的徐变与收缩性能更为复杂.国内学者曾研究过圆钢管混凝土在长期荷载作用下的力学性能,鉴于钢管混凝土的收缩与徐变相比影响较小且在以往钢管混凝土计算公式中已考虑了早期收缩,故研究着重于徐变问题.研究结果显・411・ 甘肃工业大学学报 第29卷示:对于轴压短柱或偏压短柱,无论荷载比的高低,徐变对构件的承载力都没有显著影响[11,12].1.4　钢管混凝土的动力性能近些年,国内外学者对钢管混凝土的动力性能进行了大量的试验研究[13,14],我国也进行了一些相关研究[15],但目前国内外对钢管混凝土的动力性能研究基本上只限于试验研究,尚没有提供可供规范使用的计算理论和设计公式.由于钢管混凝土柱的抗震性能(延性和耗能性能)优于钢筋混凝土柱,因此,在没有进行更多的专门研究之前,对由钢管混凝土柱和钢筋混凝土横梁组成的框架结构,其抗震等级的划分和计算参数暂按钢筋混凝土结构的有关规定执行[3],这样的处理显然是偏于安全的,但也是比较粗糙的.1.5　钢管混凝土的耐火性能的研究国外学者主要研究了钢管配筋混凝土结构的耐火极限且柱结构不采取防火保护措施的情况.研究者对圆形和方形截面的钢管混凝土结构在火灾下的力学性能进行了大量的理论分析和试验研究,并制定了各自的设计规程.由于钢管混凝土是一种新型结构,目前国内尚未制定该类结构防火方面的规定,不但制约了该结构的推广,而且对于已建成结构的耐火极限也缺乏必要的科学依据.有的按照钢筋混凝土结构的要求外包以混凝土,有的则按钢结构的要求涂以防火涂料.这样做虽然可能保证防火要求和结构的安全性,但大都偏于保守而造成浪费.近年来,国内学者进行了圆形截面钢管混凝土结构耐火性能的研究工作,已取得可喜的成果[16,17],在方形截面和矩形截面钢管混凝土柱及钢管高强混凝土柱耐火性能的研究方面也有了不少成果[16].结果表明,钢管混凝土具有比钢结构更好的耐火性能,并形成了一套实用的抗火设计方法,成功地应用在国内钢管混凝土超高层建筑中规模最大的深圳赛格广场中,节省了大量投资[5].2　钢管混凝土结构研究的关键技术2.1　钢管混凝土中钢与混凝土粘结问题的研究组成钢管混凝土的钢和混凝土材料在受力过程中的相互作用,是钢管混凝土具有一系列优越力学性能的根本原因,也正是由于这种相互作用,构成了钢管混凝土力学性能的复杂性.“统一理论”的基本假定也是建立在钢管与混凝土能够共同工作的基础之上的.钢管混凝土中钢与混凝土粘结强度是保证这种组合材料共同工作的前提.初步研究表明[18,19]:保证核心混凝土密实和构件两端加盖板焊接密封是二者共同工作的关键,对于钢管混凝土并不需要采用其他措施来加强其二者的共同作用.另一方面,粘结强度的大小是荷载传递的关键,钢管混凝土构件的截面形状、混凝土的养护龄期,尤其浇注方式等对粘结强度影响较大.混凝土的浇注质量对其粘结性能的影响也是需要继续进行研究的一个主要方向.2.2　钢管高强高性能混凝土的研究高强混凝土具有耐久、高强度和变形小等优点,目前在桥梁工程、房屋建筑工程、港口海洋工程、地下工程等方面都有较为广泛的应用.然而,高强混凝土具有脆性大、延性比普通混凝土差的缺点.单轴受压下,其应力2应变关系在达到峰值后急剧下降,尤其在复杂受力状态下,将由脆性破坏控制,其工作的可靠性大大降低.如果将高强度混凝土灌入钢管中形成钢管高强度混凝土,高强度混凝土受到钢管的有效约束,其延性将大为增强.此外,在复杂受力状态下,钢管具有很大的抗剪和抗扭能力.这样,通过二者的组合,可以有效地克服高强混凝土脆性大、延性差的弱点,使高强混凝土的工程应用得到扩展.近年来对钢管高强混凝土构件力学性能的理论分析和实验研究[20～22]结果表明,钢管高强混凝土构件的基本力学性能与钢管普通强度混凝土有所不同,在设计时,不能简单地套用钢管普通强度混凝土结构的设计方法.随着现代高强混凝土技术的开发与发展,仅仅以高强度为目标已不能满足工程的需要,对高强混凝土的工作性能提出了更多更高的要求,从而开始以混凝土的高强度和拌合物的高工作度作为共同目标.钢管高强高性能混凝土结构由于承载力高,构件尺寸较小,也使得对其中的混凝土的工作性能有了新的要求,免振捣的自密实高性能混凝土是钢管高强高性能混凝土结构的很好选择.目前国内外对钢管高强混凝土结构和高性能混凝土的研究较多,而对于二者的结合———钢管高强高性能混凝土的力学性能的研究不多.由于混凝土性能的改变,必然对钢管高性能混凝土的力学性能产生影响,鉴于当前钢管高性能混凝土结构广阔的应用前景,对其极限承载力的研究也是十分必要和迫切的.2.3　钢管混凝土火灾后剩余承载力的研究由于钢管混凝土结构具有良好的耐火性能,通过采取合理的计算方法和防火构造可以满足结构所需要的耐火极限.国内外学者对在高温、恒高温、标准升温曲线等不同情况下钢管混凝土结构的耐火性能和耐火极限做了大量的研究,我国的相关抗火设・511・第2期 王文达等:钢管混凝土结构研究及应用的关键技术 计规程也在编制之中.由于钢管混凝土耐火性能好,建筑物在遭受火灾后往往还具有一定的承载能力,如何评估和维修加固火灾后的结构是工程中面临的新问题,因此很有必要研究火灾后钢管混凝土结构的承载力,建立其剩余承载力的计算理论和方法,为合理制定火灾后该类结构的修复加固提供决策的依据.以往国内外尚缺乏这方面的资料,福州大学进行了一系列火灾后钢管混凝土柱的剩余承载力的试验研究,包括圆形截面、方形截面和矩形截面,并取得了相关成果[23,24].2.4　钢管混凝土结构的节点研究钢管混凝土结构的梁柱节点一直是工程应用和研究的关注点.目前的设计规程中虽然也给出了一些节点连接形式,但节点形式偏少,同时也缺乏较充分的试验依据.基本上对于钢管混凝土结构节点的设计是遵循“强柱弱梁,节点更强”,对于节点的定量研究和分析尚不是很充分.在规程建议的节点形式基础上,近年来有不少研究者也提出了一些新型的节点形式[25,26],进行了有关的试验研究和分析,为钢管混凝土结构的推广应用提供了一定基础.3　钢管混凝土的工程应用钢管混凝土结构宜用作轴心受压或偏心较小的受压柱,偏心较大时宜采用格构式柱.目前,钢管混凝土已在单层和多层工业厂房、地下工程、高炉和锅炉构架、各种支架及送变电构架、地铁站台柱结构等方面得到较为广泛应用,全国采用钢管混凝土的重大工程项目已有200多项.根据其自身的特点,钢管混凝土结构对拱桥和高层、超高层建筑尤为适用,由于其具有良好的耗能性能,适宜于地震区的建筑物和构筑物.近些年,钢管混凝土结构在拱桥和高层、超高层建筑中的应用取得了长足的发展.3.1　钢管混凝土在拱桥中的应用[5,27]将钢管混凝土用于拱桥,符合拱桥设计中要求材料高强、拱圈无支架施工及轻型化的发展方向.我国采用钢管混凝土拱桥是从上个世纪80年代开始的,四川旺苍县东河大桥是国内第一座采用钢管混凝土拱肋的公路拱桥,净跨度为115m ,为下承式拱.近十几年以来,钢管混凝土拱桥在我国公路和城市桥梁中发展十分迅速.钢管混凝土拱桥一般分为两类,一种是将钢管混凝土直接用作拱桥结构的主要受力部分,同时也作为结构施工时的劲性骨架,截面设计由前者控制;另一种是先将钢管用于施工时的劲性骨架,然后再内灌混凝土并与外包混凝土共同形成断面,钢管混凝土参与拱桥建成后的受力、截面设计以及施工阶段控制.直接以钢管混凝土为拱肋的最大跨度拱桥是广西三岸的邕江大桥,跨度270m ;以钢管混凝土为劲性骨架的最大跨度拱桥是万县长江大桥,跨度420m ,也是世界上目前跨度最大的拱桥.3.2　钢管混凝土在高层和超高层建筑中的应用[28]钢管混凝土用于高层和超高层建筑的柱结构和抗侧力体系,可使构件截面减小,节约建筑材料,增加使用空间,且构件自重减轻,从而可减小基础的负担和造价.同时,钢管混凝土抗震性能好,耐火性能优于钢结构,相对于钢结构可降低防火造价.由于钢管混凝土中的钢管可作为施工期间的支架,从而可采用“逆作法”或“半逆作法”的施工方法,大大加快施工速度,降低施工费用.我国自上个世纪90年代初开始将钢管混凝土应用于高层建筑.全部或部分采用钢管混凝土的高层建筑已有近100幢.我国钢管混凝土应用于超高层建筑中规模最大的是深圳赛格广场,共70层,地上部分高291.6m ,建筑面积共15.5万m 2.该建筑的柱结构及抗侧力体系的内筒全部采用了钢管混凝土柱,于1999年建成.该工程是完全由我国自行投资、设计、制造和施工的,为高层超高层建筑中采用钢管混凝土积累了宝贵的经验,并为继续发展和推广这一新结构体系,以代替传统的钢结构奠定了基础.国外的钢管混凝土超高层建筑发展也很快.已经完成设计的日本东京Shimizu 超高层建筑,总计121层,总高550m ,采用矩形截面钢管混凝土柱,压型钢板2轻型混凝土组合楼盖体系.4　进一步研究需要解决的关键技术综上所述,国内外学者对钢管混凝土的工作机理和力学性能研究方面已取得了一系列的重要成果,为进一步深入研究创造了条件.目前钢管混凝土构件的研究中需要进一步解决的主要关键问题有:1)钢管混凝土承载力计算中采用理想弹塑性模型的假设,这对抗变形能力很强的钢管混凝土是不合理的;2)圆钢管混凝土根据定值侧压力的实验结果得到纵向承载力与侧压力的关系从而确定其承载力,这和核心混凝土的工作状态不符;3)把钢管普通混凝土和钢管高强混凝土机械地分开进行研究;・611・ 甘肃工业大学学报 第29卷4)对钢管混凝土在动力荷载作用下的性能研究主要以实验为主,这不利于深入系统地了解动力荷载作用下的性能.为了更安全地推广使用钢管混凝土结构,还应进行以下几个方面的研究:1)钢管混凝土防火设计规程的制定及防火设计方法的推广;2)钢管混凝土施工力学的研究;3)钢管混凝土中核心混凝土质量问题的控制和检测;4)钢管混凝土的徐变、疲劳及动力性能的进一步深入研究;5)钢管混凝土构件及其与梁连接节点制造及构造的标准化和工业化.以上这些问题也是钢管混凝土结构使用和设计中的关键技术问题.钢管混凝土中由于钢管及核心混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,使其具备了一系列优越的力学特性,也构成了其力学性能的复杂性,与钢筋混凝土结构和钢结构相比,钢管混凝土结构是一种相对较新的结构体系,因此还有必要对钢管混凝土的性能进行更深入更系统的研究.参考文献:[1]　J C J01—89,钢管混凝土结构设计与施工规程[S].[2]　CECS28:90,钢管混凝土结构设计与施工规程[S].[3]　DL/T5085—1999,钢2混凝土组合结构设计规程[S].[4]　G JB2000,战时军港抢修早强型组合结构技术规程[S].[5]　韩林海.钢管混凝土结构[M].北京:科学出版社,2000.[6]　钟善桐.钢管混凝土统一理论[J].哈尔滨建筑工程学院学报,1994,(6):21227.[7]　Shanmugam N E,Lakshmi B.State of the art report on steel2con2crete composite columns[J].Journal of Constructional Steel Re2 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