组合结构钢管混凝土

➢ 工作原理
钢管混凝土结构主要是用于受压构件。但在实际工程 中有时出现钢管混凝土构件或构件的一部分处于受拉状态， 如压弯、受弯构件等。钢管混凝土轴心受拉时，钢管纵向 伸长，径向收缩。由于钢管内混凝土限制钢管的径向收缩， 在钢管与混凝土之间产生了紧箍力。但是混凝土的抗拉强 度很低，在拉力很小时，混凝土横向开裂，形成很多微细 的裂缝，其受力特点是钢管为纵向、环向受拉，而
轴心受压构件的承载力包括强度和稳定，此外还有的 钢管的局部稳定和构件的容许长细比的规定。 1. 钢管混凝土的局部稳定由限定钢管的壁厚来保证，要求 壁厚不得小于直径的1%，即：D/t≤100 2. 作为框架柱时，容许长细比【λ】=80；用作平台柱时， 放宽到100；用作桁架压杆时，可放宽到120。 3. 单管柱的设计 4. 格构式构件的设计
CFST）是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。 2.钢管混凝土的分类
按截面形式不同分为方钢管混凝土、圆钢管 混凝土和多边形钢管混凝土。工程中常用的几种 截面形式有圆形、正方形和矩形。
按钢管作用的差异，钢管混凝土柱可分为两
种形式:一是组成钢管混凝土的钢管和混凝土在受荷 载初期共同受力，二是外加荷载仅作用在核心混凝 土上，钢管只起对核心混凝土的约束作用，即所谓 的钢管约束混凝土柱。
对于第二种情况，构件在未承受荷载作用前 混凝土发生纵向收缩，此收缩量相当大，以致使 混凝土产生横向裂缝，因而并不引起纵向收缩应 力。在构件开始受载阶段，荷载完全由钢管承受， 在钢管的受压纵向应变等于混凝土收缩时的拉伸 应变后，横向裂缝被压而闭合，混凝土参与受力。
3.环境温度对钢管混凝土承载力的影响 温度对钢管混凝土受压构件的承载力有影响，
最早采用钢管混凝土工程之一是1879年英国的赛 文铁路桥桥墩。
1923年日本发生关西大地震后，钢管混凝土结构 得到大量应用。
前苏联在19世纪五六十年代对钢管混凝土结构进 行了大量研究。
我国从1959年开始研究钢管混凝土的基本性能。 1963年将钢管混凝土柱应用于北京地铁车站工程。 20世纪六十年代后，钢管混凝土结构被大量推广
设计时必须通过计算进行考虑。当温度超过100摄 氏度时，构件的承载力会下降很多。
均匀升温到60摄氏度，轴压构件的组合承载 力下降9%左右，到80摄氏度时，轴压构件的组合 承载力下降13%左右，到100摄氏度时，下降18%， 承载力下降幅度与含钢率及混凝土强度基本无关。
4.焊接对钢管混凝土承载力的影响 焊接会造成钢管混凝土构件核心混凝土强度
运用。 2.钢管混凝土的应用 ➢ 应用推广阶段（20世纪60年代中期至80年代中期）
（ 大连造船厂）
（ 变电构架）
高层和超高层建筑工程中运用的钢管凝土结构
（阜康大厦)
（赛格广场大厦）
（四川旺苍县东河桥）
（广州丫髻沙大桥）
1.定义 钢管混凝土（concrete filled steel tube，简写
指标的下降，下降程度随着焊接量大小而不同， 焊接量越大，下降越多。
焊接过程中，由于核心混凝土吸收大量的热 量，只有一小部分的钢材处于热塑性状态，在设 计荷载作用下施焊时，构件的刚度变化很小，对 其工作性能没有明显的影响，但不宜在同一构件
上多处同时施焊。 当管径越大时，局部施焊的影响将更小，因此
从小尺寸构件上得出的结论同样适用于大尺寸构 件。
第一，浇灌混凝土后立即封闭，多余水分无法挥 发，混凝土处于密闭状态下养生，混凝土由于水 泥水化作用而产生 的收缩是缓慢发生的，持续时 间可达1年—2年之久；第二，浇灌混凝土后，隔 一段时间在封闭，接近于在空气中养生的条件。
对于第一种情况，可认为混凝土的收缩是在
构件承Байду номын сангаас荷载作用下发生的，因而由于混凝土的 收缩而产生的内力重分布现象和徐变的效果相同。
土的应力—应变关系模型，然后利用数值分析方 法计算出各类构件的综合荷载—变形全过程关系 曲线，由这些曲线推导出钢管混凝土的各种综合 力学性能指标。
1.轴心受压构件
轴心受力作用下 钢管和混凝土的 受力状态示意图
四个阶段： 弹性阶段 弹塑性阶段 塑性强化阶段 下降段
钢管混凝土的破坏形态主要与含钢率有关，当含钢率较 低（ρ<4%）时，钢管对核心混凝土的侧向约束很小，基 本上属于单向受压，其承载能力相当于钢管与混凝土两者 承载能力的简单叠加，其破坏形态属于脆性破坏。当含钢 率在5%∽6%时，表现出明显的塑性性质，强度与变形能 力都有显著提高。当ρ>6%时，钢管混凝土强度与变形均 大大提高，钢管混凝土的优越性得到了充分发挥。工程实 践证明，钢管混凝土 的含钢率一般都应在5%以上，通常 在5%∽18%最佳，其破坏形态属于塑性破坏。
按钢管内部填充情况分为：实心钢管混凝土和 中空夹层钢管混凝土。中空夹层钢管混凝土近些年 开始在工程中得到推广运用，此种结构属于新型结 构。
3.钢管混凝土的特点 承载力高 塑性和韧性好 施工方便：与钢筋混凝土柱比，采用钢筋混凝土
柱没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工简便。 耐火性能好 经济效果好
1. 长期荷载对钢管混凝土承载力的影响 在长期荷载作用下，钢管混凝土由于其核心混
凝土的压缩徐变与收缩，有两种现象发生：一是混 凝土的模量降低，二是在钢管和核心混凝土之间将 产生内力重分布现象。
一般认为由于混凝土的徐变特性会使长期荷载 作用下的钢管混凝土构件的承载力有所降低。
2. 混凝土收缩对钢管混凝土承载力的影响 钢管混凝土构件中混凝土的收缩分两种情况。
钢管混凝土结构的发展概况及应用 钢管混凝土结构的基本概念及特点 影响钢管混凝土结构承载力的因素 钢管混凝土构件的设计与构造 钢管混凝土的施工与发展
1.钢管混凝土结构的发展概况 钢管混凝土（Concrete Filled steel Tube）是在劲 性钢筋混凝土结构及螺旋配筋混凝土的基础上发 展起来的。
各国的设计规范 欧洲规范EC4（1994年） 德国DIN18806第一部分（1984），现已修订为
DIN18806第五部分 澳大利亚规范 白俄罗斯规范 日本AIJ（1980） 美国AISC1994推荐的设计规程LRFD 我国CECS 28:90 设计与施工规程
钢管混凝土统一理论 其基本思想是：首先分别确定钢材和核心混凝