钢管混凝土结构

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。
◆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
2
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
6.2.2 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
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
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
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
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。
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
苏联格沃兹杰夫（Gvozdev）教授深刻地阐明了钢管套
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。
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%。
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
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
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。
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。
◆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：
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)
ຫໍສະໝຸດ Baidu
6.2.1 钢管混凝土设计规范
◆国内规范