钢管混凝土结构抗震性能
- 格式:doc
- 大小:409.82 KB
- 文档页数:8
钢管混凝土结构施工规范钢管混凝土结构施工规范是指在钢管混凝土结构的建设过程中,需要遵循的一系列规定和标准。
这些规范旨在确保施工过程的安全性、质量和可靠性,以及钢管混凝土结构的长期使用性能。
本文将从深度和广度两方面来探讨钢管混凝土结构施工规范的相关内容。
一、钢管混凝土结构的定义和特点1. 钢管混凝土结构的定义钢管混凝土结构是由钢管与混凝土组合而成的一种复合结构体系。
它利用了钢管的高强度和抗拉性能,以及混凝土的耐久性和抗压能力,综合了二者的优点,具有较高的承载力和抗震性能。
2. 钢管混凝土结构的特点(1)高强度:钢管混凝土结构采用钢管作为骨架,具有较高的强度和刚度。
(2)抗震性能好:钢管和混凝土具有不同的抗震性能,二者的组合可以提高整体的抗震性能。
(3)施工便利:与传统混凝土结构相比,钢管混凝土结构的施工速度更快、操作更简便。
二、钢管混凝土结构施工规范的内容与要求1. 钢管选择与布置(1)钢管选择:根据设计要求和承载力计算确定钢管的尺寸、材质和强度等指标。
(2)钢管布置:合理布置钢管的位置和数量,确保结构的均匀受力和整体稳定。
2. 钢筋的加工和焊接(1)钢筋加工:钢筋加工包括剪切、弯曲、连接等工艺,要求符合相关标准和规范。
(2)焊接工艺:焊接是钢管混凝土结构中必不可少的连接方式,要求焊接工艺合理、焊缝质量良好。
3. 混凝土的配合比和浇筑(1)配合比设计:根据结构要求和使用环境,确定合适的混凝土配合比,确保混凝土的强度和耐久性。
(2)浇筑工艺:混凝土浇筑要遵循规范要求,注意施工技术细节,确保混凝土的均匀性和致密性。
4. 稳定性与抗震设计(1)结构稳定性:考虑到钢管混凝土结构的特点,相应的施工规范中对结构的稳定性有专门的要求和设计方法。
(2)抗震设计:根据相应的地震设计要求,进行抗震设计和计算,确保钢管混凝土结构在地震作用下的安全性。
5. 混凝土养护和结构防水(1)混凝土养护:混凝土养护是确保混凝土强度和耐久性的重要环节,要求根据养护规范进行养护措施。
钢管混凝土结构的特点与应用摘要:钢管混凝土结构由于具有一系列优点,近年来在国内外的研究和应用取得了令人瞩目的成果,本文介绍了钢管混凝土结构的特点,论述了钢管混凝土在国内外的研究现状,并探讨了钢管混凝土结构的发展前景。
关键词:钢管混凝土结构;抗震性能;承载力abstract: concrete filled steel tube structure has a series of advantages, has been made in research and application of the results attract people’s attention in recent years at home and abroad, this paper introduces the characteristics of steel pipe concrete structure, discusses the current research of the concrete filled steel tube at home and abroad, and discusses the steel tube concrete structure development prospect.key words: concrete filled steel tube structure; seismic performance; bearing capacity中图分类号:tu375文献标识码:a引言钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。
按截面形式不同,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。
其中矩形钢管混凝土和圆钢管混凝土应用较广。
钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对核心混凝土的约束作用,使混凝土处于三向受压状态,混凝土的强度得以提高,塑性和韧性得到改善,同时克服了钢管容易发生局部屈曲的缺点。
钢管混凝土柱的概况及优缺点钢管混凝土柱的概况及优缺点钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。
钢管混凝土研究多的是圆钢管,在特殊情况下也采用方钢管或异型钢管,除了在一些特殊结构当中有采用钢筋混凝土的情况之外,混凝土一般为素混凝土。
早在十九世纪八十年代就出现了钢管混凝土结构,初用作桥墩,然后渐渐地用作建筑物中的柱子。
在我国,六十年代开始了这种结构的研究,并首先用于首都地铁工程中。
北京站至苹果园的地铁线路上,在北京站和前门站的站台工程中首次试用,经济效果很好;和传统采用的钢筋混凝土柱相比,不但施工简捷得多,而且体积小,增加了地下有效使用空间,因此,在随后建造的地铁环线工程中,所有的站台柱,全部采用了钢管混凝土柱。
从七十年代开始,在工业厂房、高炉和锅炉构架及变电和输电塔架等工程中,钢管混凝土得到了推广应用。
工业厂房中采用钢管混凝土柱的有本钢、鞍钢、首钢及近几年宝钢工程中的大量重工业厂房,还有各地的造船厂和火力发电厂等,厂房跨度大的L=54m,柱高达60—70m,,桥式吊车大的为Q=l00t重级工作制吊车。
钢管混凝土在我国的应用范围很广,发展很快。
从应用范围和发展速度两个方面都能列于世界前列。
自八十年代后期开始,钢管混凝土由于本身具有的优点.开拓了两个新的应用领域。
一个是公路和城市桥梁,另一个是高层和超高层建筑。
钢管混凝土具有下列基本特点:1. 承载力大大提高:试验和理论分析证明,钢管混凝土受压构件的强度承载力可以达到钢管和混凝土单独承载力之和的1.7~2.0倍。
2. 具有良好的塑性和抗震性能:在钢管混凝土构件轴压试验中,试件压缩到原长的2/3,构件表面已褶曲,但仍有一定的承载力,可见塑性非常好。
钢管混凝土构件在压弯剪循环荷载作用下,水平力P与位移;之间的滞回曲线十分饱满,表明有很好的吸能能力,基本无刚度退化,它的抗震性能大大优于钢筋混凝土。
3. 经济效果显著:和钢柱相比,可节约钢材50%,降低造价45%;和钢筋混凝土柱相比,可节约混凝土约70%,减少自重约70%,节省模板100%,而用钢量约略相等或略多。
钢管混凝土结构抗震设计技术规程1.前言钢管混凝土结构是一种新型的混凝土结构形式,具有高强度、高刚度、抗震性能好等优点。
本技术规程旨在对钢管混凝土结构的抗震设计进行规范,提高结构的安全性和可靠性。
2.材料选择2.1 钢管选择钢管应选用无缝钢管或高频焊接钢管,其材质应符合国家标准要求。
钢管的直径和壁厚应根据结构设计要求进行选择。
2.2 混凝土选择混凝土应选用标号为C30或以上的普通混凝土或高强混凝土。
混凝土的强度等级应根据结构设计要求进行选择。
2.3 钢筋选择钢筋应选用符合国家标准要求的冷拉、热轧或锻制钢筋。
钢筋的直径和数量应根据结构设计要求进行选择。
3.结构设计3.1 建立结构模型根据建筑物的功能和使用要求,建立结构模型,确定结构的荷载和受力情况。
3.2 确定结构参数根据结构模型和荷载情况,确定结构的参数,包括钢管的直径和壁厚、混凝土的厚度和强度等。
3.3 计算结构荷载根据建筑物的使用要求和规范要求,计算结构的荷载,包括重力荷载、风荷载、地震荷载等。
3.4 按照设计规范进行结构设计根据国家规范和标准要求,进行结构设计,包括钢管混凝土结构的受力分析、钢管混凝土结构的尺寸计算、钢筋和钢管的布置、节点的设计等。
3.5 进行结构验算进行结构验算,保证结构的安全性和可靠性。
4.施工技术4.1 钢管的预处理钢管在使用前应进行防腐处理。
防腐涂料应符合国家标准要求。
4.2 混凝土浇筑混凝土应在钢管内部浇筑,浇筑前应进行充分的清理和处理。
4.3 钢筋的安装钢筋应按照设计要求进行安装,钢筋的间距和数量应符合国家标准要求。
4.4 节点的加固钢管混凝土结构的节点应进行加固,加固形式应符合国家标准要求。
4.5 施工质量控制施工过程中应进行质量控制,保证施工质量符合国家标准要求。
5.结构验收5.1 结构验收前的准备工作在结构验收前,应进行充分的准备工作,包括验收人员的组织、验收设备和工具的准备等。
5.2 结构验收的内容结构验收的内容应包括钢管混凝土结构的尺寸、钢筋和钢管的布置、节点的加固等。
钢管混凝土结构的特点与应用钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。
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。
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。
本文结合钢管混凝土结构的特点,对钢管混凝土在现代建筑工程中的应用情况进行了简要地分析,并指出了钢管混凝土结构的未来发展趋势。
标签:钢管混凝土特点结构应用发展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。
钢管混凝土是在钢管中填入混凝土后形成的建筑构件,按截面形状可分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。
它利用鋼管和混凝土两种材料在受力过程相互之间的组合作用,充分地发挥了这两种材料的优点,使混凝土的塑性和韧性大为改善,且可以避免或延缓钢管发生局部屈曲,使钢管混凝土整体具有承载力高、塑性和韧性好、经济效益优良和施工方便等优点。
1 钢管混凝土结构的特点1.1 承载力高、延性好,抗震性能优越钢管混凝土柱中,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。
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。
1.3 有利于钢管的抗火和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。
GB50936-2014钢管混凝土结构技术规范形隔板,变径钢管的壁厚不应小于所连接的钢管壁厚,变径段的斜度不宜大于1:6,变径段宜设置在楼盖结构高度范围内。
7.2.3钢管分段接头在现场连接时,宜加焊内套圈和必要的焊缝定位件。
7.2.4钢管混凝土柱的直径较小时,钢梁与钢管混凝土柱之间可采用外加强环连接(图7.2.4-1),外加强环应为环绕钢管混凝土柱的封闭的满环(图7.2.4-2)。
外加强环与钢管外壁应采用全熔透焊缝连接,外加强环与钢梁应采用栓焊连接。
外加强环的厚度不宜小于钢梁翼缘的厚度、宽度c不宜小于钢梁翼缘宽度的0.7倍。
外加强环也可按本规范附录C中的方法进行设计。
图7.2.4-1钢梁与钢管混凝土柱采用外加强环连接构造示意图1-外加强环图7.2.4-2外加强环构造示意图7.2.5钢管混凝土柱的直径较大时,钢梁与钢管混凝土柱之间可采用内加强环连接。
内加强环与钢管内壁应采用全熔透坡口焊缝连接。
梁与柱可采用现场直接连接,也可与带有悬臂梁段的柱在现场进行梁的拼接。
悬臂梁段可采用等截面悬臂梁段(图7.2.5-1),也可采用不等截面悬臂梁段(图7.2.5-2、图7.2.5-3),当悬臂梁段的截面高度变化时,其坡度不宜大于1:6。
图7.2.5-1等截面悬臂钢梁与钢管混凝土柱采用内加强环连接构造示意图1-内加强环(a)立面图(b)甲面囲图7.2.6钢梁-钢管混凝土柱穿心式连接图7.2.5-2翼缘加宽的悬臂钢梁与钢管混凝土柱连接构造示意图1-内加强环;2-翼缘加宽图7.2.5-3翼缘加宽、腹板加腋的悬臂钢梁与钢管混凝土柱连接构造示意图1-内加强环;2-翼缘加宽;3-梁腹板加腋7.2.6当钢管柱直径较大且钢梁翼缘较窄的时候可采用钢梁穿过钢管混凝土柱的连接方式,钢管壁与钢梁翼缘应采用全融透剖口焊,钢管壁与钢梁腹板可采用角焊缝(图7.2.6)。
1-钢管混凝土柱;2-钢梁A,7.2.8钢筋混凝土梁与钢管混凝土柱连接时,钢管外剪力传递可采用环形牛腿或承重销;钢筋混凝土无梁楼板或井式密肋楼板与钢管混凝土柱连接时,钢管外剪力传递可采用台锥式环形深牛腿。
钢—混凝土组合结构抗震性能研究综述摘要:通过对钢-混凝土组合框架结构体系的简要介绍以及其抗震性能的研究,提出一些加强钢—混凝土组合结构抗震性能的建议。
关键词:组合结构,框架结构,抗震性能Abstract: By introducing the steel concrete composite frame structural and discussing its behavior of anti-seismic, then giving some advises about improving the behavior of anti-seismic of the steel concrete composite structural.Key words: composite structral , frame structural, anti-seismic0. 引言随着我国经济的快速发展,各种新的结构形式不断涌现。
其中钢-混凝土组合结构越来越受到大家的重视,由于组合结构具有许多突出的优点,高层建筑与大型桥梁等建构筑物在我国各地大量兴建,各种型式组合结构逐渐被广泛应用。
组合结构已经和钢结构、木结构、钢筋混凝土结构、砌体结构并称五大结构。
组合结构主要包括压型钢板与混凝土组合板、组合梁、型钢混凝土结构、钢管混凝土结构等。
在国外,钢—混凝土组合结构最初大量应用于土木工程旨在二次世界大战结束后,当时的欧洲急需恢复战争破坏的房屋和桥梁,工程师们采用了大量的钢—混凝土组合结构,加快了重建的速度,完成了大量的道路桥梁和房屋的重建工程。
1968 年日本十胜冲地震以后,发现采用钢—混凝土组合结构修建的房屋,其抗震性能良好,于是钢—混凝土组合结构在日本的高层与超高层中得到迅速发展。
60 年代以后世界上许多国家(包括英、美、日、苏、法、德)根据本国的试验研究成果及施工技术条件制定了相应的设计与施工技术规范。
1971年成立了由欧洲国际混凝土委员会(CES、欧洲钢结构协会(ECCS、国际预应力联合会(FIP)和国际桥梁及结构工程协会(IABSE组成的组合结构委员会,多次组织了国际性的组合结构学术讨论会,并于1981 年正式颁布了《组合结构》规范。
文案大全GB50936-2014钢管混凝土结构技术规范 4.1.8 钢管混凝土柱的钢管在浇筑混凝土前,其轴心应力不宜大于钢管抗压强度设计值的60%,并应满足稳定性要求。
4.1.11 直径大于2m 的圆形钢管混凝土构件及边长大于1.5m 的矩形钢管混凝土构件,应采取有效措施减小钢管内混凝土收缩对构件受力性能的影响。
5.4.1 对轴压构件和偏心率不大于0.3的偏心钢管混凝土实心受压构件,当由永久荷载引起的轴心压力占全部轴心压力的50%及以上时,由于混凝土徐变的影响,钢管混凝土柱的轴心受压稳定承载力设计值 Nu 应乘以折减系数0.9。
7.2.1 等直径钢管对接时宜设置环形隔板和内衬钢管段,内衬钢管段也可兼作为抗剪连接件,并应符合下列规定: 1 上下钢管之间应采用全熔透坡口焊缝,坡口可取35°,直焊缝钢管对接处应错开钢管焊缝; 2 内衬钢管仅作为衬管使用时(图7.2.1a ),衬管管壁厚度宜为4mm ~6mm ,衬管高度宜为50mm ,其外径宜比钢管内径小2mm ; 图7.2.1 等直径钢管对接构造 1-环形隔板;2-内衬钢管3 内衬钢管兼作为抗剪连接件时(图7.2.1b ),衬管管壁厚度不宜小于16mm ,衬管高度宜为100mm ,其外径宜比钢管内径小2mm 。
7.2.2 不同直径钢管对接时,宜采用一段变径钢管连接。
变径钢管的上下两端均宜设置环3.1.4 材应符合下列规定: 强度实测值的比值不应大于 伸长率不应小于 的冲击韧性。
9.4.1 用含氯化物类的外加剂。
形隔板,变径钢管的壁厚不应小于所连接的钢管壁厚,变径段的斜度不宜大于1:6,变径段宜设置在楼盖结构高度范围内。
7.2.3 钢管分段接头在现场连接时,宜加焊内套圈和必要的焊缝定位件。
7.2.4 钢管混凝土柱的直径较小时,钢梁与钢管混凝土柱之间可采用外加强环连接(图7.2.4-1),外加强环应为环绕钢管混凝土柱的封闭的满环(图7.2.4-2)。
钢管混凝土套箍系数-回复钢管混凝土套箍系数(Reinforced Concrete Column Hoop Coefficient),通常简称为套箍系数,是钢管混凝土结构中的重要参数之一。
在本文中,我们将详细介绍钢管混凝土套箍系数的概念、计算方法以及影响因素。
1. 概念钢管混凝土结构是一种常见的抗震设计方法,通过将钢管套在混凝土柱周围形成钢筋混凝土柱以增强其抗震性能。
钢管混凝土套箍系数用来描述钢管的约束对混凝土的影响程度,是衡量其抗震性能的重要参数。
具体而言,套箍系数表示钢管对混凝土的约束能力,也可以看作是钢管混凝土柱的承载能力与无钢管混凝土柱承载能力之比。
通常情况下,套箍系数的数值越大,表示钢管对混凝土的约束能力越强,整个结构的抗震性能越好。
2. 计算方法在实际工程中,钢管混凝土套箍系数的计算方法比较复杂,需要考虑多种因素。
一般来说,套箍系数的计算需要根据混凝土柱的几何形状、材料特性、钢管与混凝土之间的相对位置等多个参数进行综合计算。
以下是一种常见的计算方法:首先,根据混凝土柱的截面形状和尺寸,可确定其剪力承载能力和抗压承载能力;然后,根据混凝土柱的材料特性,计算出其极限应变;接着,考虑到钢管对混凝土的约束作用,需计算出钢管的约束应变能力;最后,根据所得到的数据,可以计算得到钢管混凝土套箍系数。
需要注意的是,不同的设计规范和计算方法在计算套箍系数时可能存在一定的差异,因此在实际工程中应选用符合本地规范和标准的计算方法进行准确计算。
3. 影响因素钢管混凝土套箍系数的数值是受多种因素影响的。
以下是一些常见的影响因素:3.1 管径和厚度:钢管的外径和壁厚会直接影响套箍系数的数值。
一般来说,较大的钢管直径和较厚的壁厚会增加套箍系数。
3.2 混凝土强度:混凝土的强度对套箍系数也有一定影响。
较高强度的混凝土通常具有更高的套箍系数。
3.3 钢筋布置:钢筋的布置方式也会对套箍系数产生影响。
合理的钢筋布置能够提高钢管对混凝土的约束能力,从而增加套箍系数。
南昌大学研究生2015~2016学年第二学期期末 读书报告
课程名称: 混凝结构理论与应用 专业: 建筑与土木工程 学生姓名: 李海 学号: 4160146150 学 院: 建筑工程学院 得分: 任课教师: 熊进刚 时间: 2016年6月
参考选题范围 1. 钢筋混凝土非线性有限元研究新进展 2.钢筋混凝土构件非线性有限元分析 3.钢筋混凝土框架非线性有限元分析 4.钢筋混凝土剪力墙结构有限元分析 5.混凝土抗震结构非线性有限元分析 6.钢筋混凝土组合构件非线性有限元分析 7.常用软件在钢筋混凝土非线性有限元分析中的应用(特点、优势、不足)
考核要求 1.可在上述7个选题范围中任选一个,也可另选其它。注意,上述为选题范围,并非具体的读书报告题目,读书报告题目由自己确定,忌大、忌空,内容要比较具体,避免一般性、概述性。 2.必须独立完成。 3.读书报告中要有自己的观点和评述,不能仅是对文献的简单罗列或编辑。 4.报告格式按《南昌大学学报》(工科版),要有中英文题目、中英文摘要及参考文献,且参考文献不少于10篇。 5.报告篇幅5000~8000字。 钢管混凝土结构抗震性能研究 摘 要: 介绍了钢管混凝土组合结构的特点,综述了国内外钢管混凝土结构的抗震性能的研究现状; 分析了其存在的问题和实用价值,展望了钢管混凝土结构发展趋势和应用前景; 指出了进一步研究的方向。 关键词: 组合结构; 钢管混凝土结构; 抗震性能; 工程应用 Abstract:This paper presents the characteristics of steel concrete composite structures, review the status of research on seismic behavior of domestic and foreign steel concrete structure; analyzes the problems and practical value, the prospect of the development trend of steel and concrete structures prospects; points out further research direction. Keywords:composite structure; steel concrete structure; seismic performance; engineering applications 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,按截面形式不同,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。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土、螺旋配筋混凝土和钢管结构的基础上演变和发展起来的,利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下,从而使混凝土的强度得以提高,塑性和韧性性能大为改善。同时,由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲,保证其材料性能的充分发挥。钢管混凝土组合结构的优势主要表现在: 承载力高、塑性和韧性好、经济效果好、施工方便、耐火性能较好。 钢管混凝土结构早在 19 世纪 80 年代就出现了,到目前为止,钢管混凝土结构在土木工程中的应用已经有百年历史。由于钢管混凝土具有优越的力学性能和良好的经济效益,一开始便受到世界各国土木工程界的重视,并争先恐后开发利用。1879年,英国最早将钢管混凝土杆件用于 Severn 铁路桥的桥墩,在钢管内填混凝土以承受轴向压力,并防止钢管内部锈蚀。1897 年,美国人 JOHN LALLY 提出在钢管中填充混凝土作为房屋建筑的承重柱,并获得专利【1】。我国从 1959 年开始研究钢管混凝土的基本性能和应用,1963 年成功地将钢管混凝土柱用于北京地铁车站工程。改革开放后,随着国家经济的迅猛发展,钢管混凝土结构技术在我国的高层建筑、地铁车站和大跨度桥梁等工程中得到了广泛应用,有力地推动了上述领域营造技术的发展,取得了令人瞩目的成就【2】。2008 年汶川地震中,钢管混凝土建筑显示了优越的抗震性能,钢管混凝土的研究成为热门课题之一。
1 钢管混凝土的特点
混凝土的抗压强度高,但抗弯能力差,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。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构,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) 。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 优 越。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) 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。就目前实际应用而言,由于受力性能的优越性,圆钢管比方钢管混凝土应用更为广泛。
2 钢管混凝土构件抗震性能
国外对圆钢管混凝土构件抗震性能研究较早,在日本,1923 年关东大地震后,发现钢管混凝土结构在该次地震中的破坏并不明显,在以后的建筑中尤其是高( 多) 层建筑中,钢管混凝土得到大量应用。 1991 年 Ichinohe 等 对 圆 钢 管 高 强 混 凝 土 柱 进行了拟静力试验,试验结果表明: 局部屈曲后柱的承载力并不降低,有足够的变形能力,抗震性能很好。1991 年 Yamakawa【3】等通过拟静力试验研究圆钢管配筋混凝土短柱的承载能力、延性和耗能能力,但由于纵筋较多,钢管与混凝土之间约束效应变小,导致滞回曲线有一定的捏缩,另外配筋还造成了钢材浪费,并增加了施工的难度。1998 年 Park,s. M【4】等对钢管内表面有栓钉的圆钢管配筋混凝土柱进行了拟静力试验,由于栓钉和箍筋的存在,柱发生局部屈曲后承载力并未下降,延性和耗能能力明显提高阻。在国内,钟善桐、韩林海、张素梅等【5】对圆钢管混凝土柱的压、弯、剪受力性能进行了试验研究,较全面地分析了圆钢管混凝土柱的延性、耗能和破坏性能。1998 年闫维波【6】等对钢管混凝土压弯构件滞回性能进行了研究,提出往复应力状态下高强混凝土和应力应变关系模型,利用数值方法计算出钢管高强混凝土构件在往复荷载作用下的弯矩一曲率关系曲线及 P - △曲线。在此基础上,分析了影响弯矩,曲率滞回关系曲线和 P - △恢复力模型,以及模型中各参数、位移延性系数、耗能比和耗能等参数的简化计算公式。2008 年沈阳工业大学魏华等【7】通过对 6 组圆形钢管混凝土双肢框架柱在水平反复荷载作用下的试验,深入研究了圆钢管混凝土双肢框架柱的滞回性能、吸能性能和延性等抗震性能。分析了混凝土强度等主要实验参数对双肢框架柱抗震性能的影响。结果表明,钢管混凝土双肢框架柱具有良好的抗震性能,配置二重筋后会迸一步增强试验体的吸能性能、承载力及延性。2010 年东北石油大学张文福等【8】为获得钢管混凝土支撑的抗震性能,对 14 根圆钢管混凝土支撑试件开展滞回性能数值仿真,主要参数包括混凝土强度、钢材屈服强度、长细比和含钢率等; 通过获得的试件轴力一位移滞回曲线,得到试件的骨架曲线,分析混凝土抗主要参数对荷载一位移骨架曲线的影响,基于滞回曲线,对试件的位移延性、耗能能力和单位体积耗能进行探讨。结果表明: 随混凝土强度、钢材屈服强度和长细比的增加,位移延性、耗能能力和单位体积耗能能力逐渐减小; 随着含钢率的增加,构件的位移延性、耗能能力减小,单位体积耗能能力逐渐增加。 2. 2 方钢管混凝土构件抗震性能 方钢管混凝土四角处混凝土沿对角线受压,随着轴压比的增大,边中混凝土方钢管混凝土所受约束越来越小,甚至出现与钢管壁剥离。方钢管混凝土的约束作用不如圆钢管混凝土明显从而导致同样条件下其构件强度比圆钢管混凝土稍差。天津大学王铁成教授对一榀三层两跨方钢管混凝土组合框架进行了抗震性能试验,结果证明该框架模型的荷载一位移滞回曲线非常饱满从而说明方钢管混凝土结构具有优越的抗震性能。多层住宅采用方钢管混凝土结构,与砖混结构和轻钢结构相比,施工比砖混结构快,造价比轻钢结构低,具有明显的经济效益。方钢管混凝土结构用在多层住宅是一个发展方向,它有很多优点,会产生较大的经济和社会效益。1981 年,Sakino【9】等进行了方钢管混凝土柱的拟静力试验,分析了试验参数对构件抗震性能的影响 Tomii【10】等通过拟静力试验研究方钢管配筋混凝土短柱的延性和耗能能力。Matsui C【11】等对钢管内壁有凸肋的方钢管混凝土柱进行了拟静力试验,试验结果表明: 内凸肋提高了钢管与混凝土之间的约束效应,延性和耗能能力明显好于没有内凸肋的方钢管混凝土柱。Okamoto【12】对离心法预制的高强混凝土矩形钢管混凝土柱进行了拟静力试验,柱的滞回曲线呈纺锤形,延性很好。Nakanishi【13】通过拟静力试验研究在静载或地震荷载作用下己破坏方钢管混凝土柱的极限强度、剐度和延性,试验获得的水平力与水平位移滞回曲线仍很饱满,极限强度和延性好于相同截面的钢管。Sun[14]【14】对高轴压比的方钢管套箍钢筋混凝土柱进行了拟静力试验,试验中钢管不直接承受纵向荷载,只对核心混凝土起约束作用,试验结果表明; 即使在高轴压比情况下,这种柱仍然具有良好的的延性,没有剪切破坏和粘结破坏现象发生。吕西林、陆伟东【15】对 12 根承受常轴力和反复水平荷载作用的方钢管混凝土柱试件进行了试验,研究了不同试验参数,如宽厚比、轴压比和内填混凝土强度对试件抗震性能的影响。试验结果表明,方钢管混凝土具有良好的荷载—位移滞回性能和抗局部屈曲的能力以及比普通钢筋混凝土柱更好的耗能能力和更小的强度退化。通过编写的计算程序,对方钢管混凝土柱的荷载一变形全过程进行了分析,计算得到的弯矩一轴力一曲率关系和荷载,位移关系与试验结果吻合较好。在空钢管中填充混凝土可以避免或延缓钢管过早地发生局部屈曲、可以有效地提高构件的延性,从而增强构件的抗震性能。华侨大学罗漪、徐玉野等【16】采用三维有限元法,分析了方钢管混凝土柱在竖向及水平荷载联合作用下的抗侧力 - 位移关系,轴压比、钢板宽厚比以及内填混凝土抗压强度对方钢管混凝土柱抗震性能的影响,通过试验证了有限元分析的结果。同济大学李黎明等【17】通过低周反复加载试验研究方钢管混凝土柱的抗震性能,分析了其在水平地震作用下的承载能力、变形能力、刚度退化、耗能能力以及结构的破坏机制,为进一步的理论分析提供参考。同时研究了含钢率、长细比和轴压比对方钢管混凝土柱延性的影响。结果表明,对其影响最大的为长细比,其次是轴压比,再次是含钢率。韩林海等研究了火灾后钢管混凝土结构的抗震性能,对于合理进行该类结构火灾后的修复具有重要意义。通过对 6 个 IS0 - 834 标准火灾作用后方钢管混凝土构件进行往复荷载作用下的荷载一变形滞回性能试验,探讨火灾作用后方钢管混凝土荷载一变形滞回曲线的特点以及刚度退化规律,并对火灾作用后方钢管混凝土压弯构件极限承载力和抗弯刚度计算方法进行了讨论。该试验结果可为钢管混凝土结构火灾后的抗震修复加固研究提供参考。