钢管混凝土结构
钢管混凝土结构
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S S IS 3εμε=，C C C 31εμε=（式中的13,εε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C S 33εε=。
钢材的泊松S μ在弹性阶段为一常数(O.283)，进入塑性阶段(应力达屈服点y f 时)增大至0.5而保持不变。
钢管混凝土结构
质量控制
钢管混凝土柱是由钢管和混凝土共同作用的受力构件，要求 混凝土具有很好的填充性能，确保充满钢管内的每个部位，混凝 土要有良好的流动性、体积稳定性，加上钢管不象木模板一样有 一定的吸水性，所以混凝土还要有良好的保水性能，不得有离析、 泌水现象。
质量检测——超声波检测法
1.原理： 超声波在传播过程中遇到由各种介质缺陷形成的界面时会改变传播方向和路
钢管混凝土粘结性能的因素
混凝土强度 混凝土养护条件和龄期 截面长度 钢管内表面粗糙程度 钢管的径厚比 套箍系数 混凝土浇注方式 长细比、含钢率、偏心距等
钢管混凝土粘结性能测定
目前，国内外关于钢管混凝土界面粘结强度的试验方法主要有两种类型:推出试验和推离试验 .
展望
钢管混凝土能够适应特殊、难度高、落差 大的构造物及承受重载和极端条件等现代 化要求结构工艺的要求，成为结构工程学 科的一个重要的发展方向并已取得良好的 经济效益和建筑效果。
钢管混凝土结构
——组合结构课程
钢管混凝土结构的应用与发展
钢管D混钢is凝s管cu土s混si结o凝n构o土n发t结he展构ap中的pl存i发c认a在t展i识o的n 问题
and development of steel tube concrete
2
钢管混凝结构应用中存在的问题 ... 钢管混钢凝管土混结凝构土的结工构程的事应故用
构造和施工技术等方面展 开系统的研究
苏州混凝土与水泥制品研究院
北京地下铁道工程局
哈尔滨建筑大学
原冶金部冶金建筑研究院、电力工业部电力研究所
汤关祚等提出钢管混凝 土塑性承载力公式,它假
定构件的强度极限为中钢国建筑科学院结构所、哈尔滨建筑工程学院
管发展塑性、混凝土达 到受压极限强度
钢管混凝土结构的研究
钢管混凝土结构的研究钢管混凝土结构的研究近年来，随着科技和经济的快速发展，建筑领域对于更加安全、经济和环保的建筑材料的需求日益增长。
在这样的背景下，钢管混凝土结构作为一种新兴的建筑材料，备受研究者的关注。
本文将从钢管混凝土结构的基本概念、优点以及应用等方面进行详细的介绍和分析。
钢管混凝土结构是将钢管作为混凝土的模板，同时起到承载和保护混凝土的作用，通过钢管的加固作用，有效地提高了结构的强度和稳定性。
与传统的混凝土结构相比，钢管混凝土结构具有以下优点：首先，钢管混凝土结构可以大大降低施工难度和工期，由于钢管的可拆装性，可以节省大量的人力和物力成本；其次，钢管混凝土结构在抗震性能方面具有很高的优势，在地震等自然灾害中有较好的耐久性；再次，钢管混凝土结构的美观性能优秀，能够满足人们对于建筑美观的追求；最后，钢管混凝土结构的使用寿命长，耐腐蚀性能好，能够降低维护和修复成本。
钢管混凝土结构的应用领域非常广泛。
首先，钢管混凝土结构在住宅建筑方面具有很大的潜力，能够节约使用面积，提高空间利用率；其次，在桥梁和隧道工程中，钢管混凝土结构能够提供更大的承载力和稳定性，满足大跨度工程的需求；再次，在厂房和仓库建设方面，钢管混凝土结构能够实现快速组装和拆卸，灵活适应不同的使用需求；最后，在特殊工程中，如海洋工程和水利工程中，钢管混凝土结构也发挥了巨大的作用。
然而，钢管混凝土结构的研究也面临一些挑战。
首先，钢管混凝土结构的材料成本相对较高，需要更多的资金投入；其次，钢管与混凝土间的粘结力是一个重要的问题，需要进一步的研究；再次，钢管混凝土结构在破坏后的维修还存在困难；最后，钢管混凝土结构在设计和施工方面需要更多的专业知识和技术支持。
为了充分发挥钢管混凝土结构的优势，我们需要在以下几个方面进行深入研究：首先，加强对钢管混凝土结构的材料性能和力学性能的研究，以提高结构的强度和稳定性；其次，加强对钢管与混凝土间粘结力的研究，以提高结构的耐久性和抗震性能；再次，开展对钢管混凝土结构施工工艺和质量控制的研究，提高结构的施工效率和质量；最后，加强对钢管混凝土结构的经济性和环境影响的评估，提高结构的可持续性。
钢管混凝土结构
❖经验系数法
❖相关方程法
❖最大荷载理论
（7）格构式柱承载力计算
❖截面形式 ❖换算长系比 ❖承载力计算
❖截面形式
❖换算长系比:
❖单位力作用下剪切角－－剪切刚度 S；
N0
NE 1 NE
2EA
e 2
e
S
❖能量法求临界力
U V Nk e
❖承载力计算
（1）钢管接头
（2）剪力传递节点构造
（3）弯矩传递节点构造
（4）梁柱节点构造
（5）柱脚构造
轴压格构式柱
偏压格构式柱
4.5 钢管混凝土受弯构件
（1）受力性能 （2）受力过程）受力过程
（3）受弯承载力计算
4.6 钢管混凝土 刚度计算
4.7 钢管混凝土一般构造
（1）钢管接头 （2）剪力传递节点构造 （3）弯矩传递节点构造 （4）梁柱节点构造 （5）柱脚构造
钢管混凝土结构施工规范
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。
钢管混凝土结构详解
没有。为了合理且安全地在地震区推广这
类结构,必须深入进行其动力特性的研究,
尤其对于高层结构。
结束语：
钢管混凝土能够适应特殊、难度高、落差大的构造物以及承受重载和极端条件等现代化 要求结构工艺的要求已然成为结构工程学科的一个重要的发展方向并取得良好的经济效益 和建筑效果。
钢筋混凝土和钢结构相比,钢管混凝土是一种相对年轻的结构,但它却以其特殊的优点, 正愈来愈受到工程界的重视和青睐。相信随着人们对钢管混凝土这类结构的不断认识和了 解,这类结构的科学研究必将更趋深入和完善,工程应用必将更趋广泛。
我
4.相关规范
国 计
1
2
算
国家建筑材料工业局标准
中国工程建设标准化协会标准
圆 钢
《钢管混凝土结构设计与施工规程》 《钢管混凝土结构设计与施工规程》
管
混
凝
3
计算矩形钢管混凝土的行业规程：
土
的
中华人民共和国电力行业标准
中国标准化协会标准
行
《钢—混凝土组合结构设计规程》 《矩形钢管混凝土柱结构技术规程》
03
变形测试存在不同理解,对刚度仍然存
在不同的认识,缺乏统一的理论计算公
式。确定合理的刚度计算方法是进行钢
管混凝土构架、框架等受力分析的重要
基础
动力性能研究：
对结构进入弹塑性后的动力特性(如阻
01
尼比等的变化规律)、结构的耐疲劳性能、 钢管混凝土组合柱的动力特性及基于性能
的钢管混凝土抗震设计方法等的研究几乎
有承载力高、塑性和韧性好、 经济效果好和施工方便等优点。
2.钢管混凝土结构的优缺点
1 2
优
3
点
4 5
钢管混凝土结构
钢管混凝土结构概述钢管混凝土结构是一种结合了钢筋和钢管的复合结构体系。
该结构体系采用了钢管作为混凝土的模板，并在钢管中加入纵向和横向的钢筋，以增强结构的强度和刚度。
钢管混凝土结构具有较好的抗震性能、耐久性和施工效率，因此在建筑工程中得到了广泛应用。
结构形式钢管混凝土结构可分为两种形式：钢管混凝土柱和钢管混凝土梁。
钢管混凝土柱钢管混凝土柱是由钢管和混凝土组成的柱形结构。
钢管混凝土柱的钢管通常采用圆形或方形截面，内部填充混凝土，并加入适量的纵向和横向钢筋。
由于钢管的外部形状规整，使得钢管混凝土柱具有较好的抗弯强度和承载能力。
钢管混凝土梁钢管混凝土梁是由钢管和混凝土组成的梁形结构。
钢管混凝土梁的钢管通常采用矩形或圆形截面，混凝土填充在钢管内部，并加入纵向和横向钢筋。
钢管混凝土梁具有较好的刚度和承载能力，常用于大跨度结构或需要支撑大荷载的场所。
施工工艺钢管混凝土结构的施工主要包括钢管安装、混凝土浇筑和钢筋布置等环节。
钢管安装钢管安装是钢管混凝土结构的第一步。
在安装过程中，需要保证钢管的准确位置和垂直度。
常用的钢管安装方法有直立安装和倒立安装两种，具体选择方法应根据项目实际情况进行调整。
混凝土浇筑混凝土浇筑是钢管混凝土结构的关键环节。
在浇筑过程中，需要控制混凝土的配比、浇注速度和振捣方式等参数，以确保混凝土的质量和性能。
此外，还需要注意混凝土的温度和湿度等因素，以避免出现开裂和变形等问题。
钢筋布置钢筋布置是钢管混凝土结构的最后一道工序。
在布置过程中，需要按照设计要求将纵向和横向钢筋放置到指定位置，并采用合适的连接方式进行连接。
钢筋的布置应严格符合相关标准和规范，以确保结构的安全性和性能。
优点钢管混凝土结构具有以下优点：1.抗震性能好：钢管混凝土结构能够有效吸收和分散地震能量，从而提高结构的抗震性能。
2.施工效率高：钢管混凝土结构采用模块化施工，可以大幅缩短工期，并降低施工成本。
3.耐久性好：由于混凝土的保护作用和钢管的防腐性能，钢管混凝土结构具有较好的耐久性。
钢管混凝土的优缺点
钢管混凝土的优缺点钢管混凝土的优缺点钢管混凝土是一种在建筑和工程领域中常见的结构材料。
它由钢筋和混凝土组成，将钢筋与混凝土紧密结合，形成具有高强度和耐久性的结构。
钢管混凝土具有许多优点和缺点，下面将详细介绍。
一、优点1. 强度高：钢管混凝土结构由于钢筋的加入，具有很高的抗压和抗张能力，可以承受较大的荷载。
相比之下，传统的纯混凝土结构往往强度较低。
2. 耐久性好：钢管混凝土结构的耐久性较好，可以长时间抵抗风吹雨打、震动、酸碱侵蚀等自然环境的影响。
它的寿命通常比传统的混凝土结构长。
3. 施工方便：钢管混凝土可以在厂房内进行预制，减少现场施工时间和工期，提高施工效率。
此外，它可以根据需要进行切割和连接，便于实现各种形式的结构。
4. 抗震性能好：钢管混凝土结构具有很好的抗震性能。
其弹性模量大，刚度高，可以有效地吸收和分散地震产生的能量，减少建筑物受到的损坏和影响。
5. 火灾安全性高：钢管混凝土的钢管在火灾中具有很好的耐高温性能，可以保护混凝土免受热胀冷缩和火灾的影响，提高建筑物的火灾安全性。
二、缺点1. 成本较高：与传统的混凝土结构相比，钢管混凝土的施工成本较高。
这是由于其需要使用大量的钢筋和混凝土材料，并需要进行预制和组装等特殊工艺。
2. 维护困难：钢管混凝土结构一旦出现损坏或破坏，修复和维护较为困难。
特别是对于埋入土中的部分，需要进行专门的检测和维护，增加了维护成本和工作量。
3. 对环境影响较大：钢管混凝土的生产过程需要消耗大量的能源和资源，同时会产生大量的二氧化碳等废气和废水。
这对环境造成了不可忽视的影响。
以上是钢管混凝土的优点和缺点的详细介绍。
钢管混凝土作为一种常见的结构材料，具有广泛的应用前景和潜力。
然而，在实际应用中，需要综合考虑其优点和缺点，根据具体情况做出合理的选择。
附件：1. 钢管混凝土相关设计图纸2. 钢管混凝土施工工艺说明书3. 钢管混凝土检测报告法律名词及注释：1. 混凝土：指通过水泥、砂、石等材料按一定比例混合制成的人造石材，广泛用于建筑和工程领域。
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箍混凝土的工作机理，并成功地用极限平衡法求解了钢管混 凝土轴压短柱的极限承载力。
6.1.3 钢管混凝土的发展与应用
在20世纪80年代以前，由于管内混凝土的浇灌 工艺未得到很好解决，现场施工操作繁琐，使施工 方面潜在的优势未能得到很好发挥，致使人们更愿 意采用操作简单、质检直观的普通钢筋混凝土结构 或工厂化程度高、现场劳动量少、吊装轻便、施工 速度快的钢结构。
泵送高抛无振捣混凝土
6.1 概述
c 0.7B
B
钢梁-钢管混凝土柱节点设计
6.1 概述
钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱节点施工
6.1 概述
钢筋混凝土梁-钢管混凝土柱节点施工
6.1.1 钢管混凝土的基本原理
◆受压时的应力与应变
弹性阶段0.283
环向应变
1s s 3s 1c c 3c
塑性阶段0.5
纵向应变
低应力时0.17 较高应力时0.5 极限状态时≥1.0
两种受力模式的 钢管混凝土柱
6.1.1 钢管混凝土的基本原理
◆受压时的应力与应变
钢管与混凝土错位
弓弦效应
钢管混凝土的荷载-应变曲线
6.1.1 钢管混凝土的基本原理
◆受压时的应力与应变
c fc
c fc
c
c
混凝土单向受压的变形过程
6.1.1 钢管混凝土的基本原理
6.2.1 钢管混凝土设计规范
◆国外规范
欧洲规范EC4(2004) 澳大利亚规范AS5100(2004) 美国混凝土协会规范ACI318(2008) 美国钢结构协会规范AISC(2010) 英国规范BS5400(2005) 日本建筑学会规范AIJ(2008)
6.2.1 钢管混凝土设计规范
◆国内规范
到了20世纪80年代后期，由于先进的泵灌混凝 土工艺的发展，解决了现场管内混凝土的浇灌问题， 加以现代高强混凝土需要用钢管套箍克服其脆性， 因此在美国和澳大利亚等国的若干高层建筑工程中， 钢管混凝土结构技术又悄然兴起，传统的钢柱被钢 管高强混凝土柱取代，并被认为是高层建筑营造技 术的一次重大突破。
6.1.3 钢管混凝土的发展与应用
钢管运输与吊装
6.1 概述
◆浇筑前除尽钢管内杂物 和积水，先浇筑一层100mm ～200mm厚与混凝土强度等 级相同的水泥砂浆，以防 止自由下落的混凝土粗骨 料产生弹跳。 ◆将泵管出料口伸入钢管 内，利用混凝土下落产生 的动能来达到混凝土的自 密实。 ◆当抛落的高度不足4m 时， 用插入式振捣棒密插短振， 逐层振捣。
6.2.2 钢管混凝土材料和设计指标
钢管混凝土的力学性能不仅与两种材料各自的性 能有关，而且与两者的“匹配”有关。
1.材料要求 ◆钢管
◆圆管受力分析
钢管 混凝土
受力初期钢管和混凝土的受力状态
6.1.1 钢管混凝土的基本原理
◆圆管受力分析
由 1
-
2
2ห้องสมุดไป่ตู้
2
-
3
2
3
-1 2
2
2，有
z
2 1s
1s 3s
2 3s
f
2 y
3c fc Kp
1s pDc 2
混凝土三向约束 相互作用
钢管局稳增强
中后期相互作用受力状态
6.1.1 钢管混凝土的基本原理
6.1.3 钢管混凝土的发展与应用
1879年英国赛文铁路桥采用钢管混凝土桥墩，目的是防 止钢管内部锈蚀，其后发现除了防锈外还能增强钢管稳定性。 1897年美国人John Lally用钢管混凝土作房屋结构的承重 柱（称为Lally柱），并申请获得专利。
由于钢管混凝土优越的力学性能，一经出现便受到美欧 苏各国土木工程界的重视，并竞相开发利用。
◆方管受力分析
未填充 混凝土
6.1.1 钢管混凝土的基本原理
◆方管受力分析
6.1.2 钢管混凝土的基本特点
◆承载力高 ◆塑性韧性好 ◆施工方便 ◆耐火性较好 ◆经济性好
6.1.2 钢管混凝土的基本特点
圆钢管混凝土压弯构件滞回试验P-△曲线
6.1.2 钢管混凝土的基本特点
理论分析和工程实践表明：
2005年建成的世界最大跨度460m的 钢管混凝土重庆奉节巫山长江大桥
6.1.3 钢管混凝土的发展与应用
剖面示意图
五、六层结构平面图
2000年建成的世界最高的钢管混凝土结构 深圳赛格广场大厦72层291.6m
6.1.3 钢管混凝土的发展与应用
1966年建成的北京地铁“北京站”
6.2 钢管混凝土构件设计
第四章 钢管混凝土结构
主要内容
◆基本原理及特点 ◆钢管混凝土的发展与应用 ◆材料和设计指标 ◆承载力验算
6.1 概述
钢管混凝土构件常用形式
6.1 概述
空心钢管混凝土
不锈钢管混凝土
复式钢管混凝土
FRP约束钢管混凝土
6.1 概述
FRP-混凝土-钢管组合柱截面形式
6.1 概述
卷制钢管
6.1 概述
我国的钢管混凝土结构起步于20世纪50年代苏联的援 建项目，中科院哈尔滨土建研究所最早开展研究，其后哈尔 滨工业大学钟善桐教授、中国建科院蔡绍怀研究员等国内专 家对钢管混凝土进行了大量系统的研究，并据此编制了设计 与施工规程，有力地推动了钢管混凝土在我国工程界的应用， 从而使我国在世界上成为钢管混凝土结构大国和强国。
20世纪20年代前后，美国的波士顿、纽约和芝加哥等地曾 将其用于单层和多层厂房的承重柱；1930年法国巴黎郊区的 Ibis地方用钢管混凝土建造了一座9m跨的上承式拱桥； 1937年苏联列宁格勒用集束的小直径钢管混凝土作拱肋，建 造了横跨涅瓦河101m跨度的下沉式拱桥，1939年又在西伯 利亚建成了跨度140m的上承式钢管混凝土铁路拱桥。
自1989年至今已有行业和地方两方面的 设计施工规程十余本。
中国工程建设标准化协会标准 《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28:90）
中国工程建设标准化协会标准 《矩形钢管混凝土结构技术规程（CECS159:2004）
福建省工程建设标准 《钢管混凝土结构技术规程》DBJ/T13-51-2010
与钢结构相比，在保持自重相近和承载力相同 的条件下，可以节省钢材约50%，焊接工作量可大 幅度减少；
与型钢混凝土相比，在保持横截面面积相近和承 载力相同的条件下，可以节省钢材约50%，且施工 更为便捷；
与普通钢筋混凝土柱相比，在保持钢材用量相近 和承载力相同的条件下，构件的横截面面积可减小 约一半，从而建筑的有效面积得以加大，混凝土和 构件自重相应减少50%。