當代鋼管混凝土結構的發展現狀和前景

劉暢　李虹慧　王成

摘要：歸納了鋼管混凝土結構在工程領域的發展，優勢，應用及發展前景。鋼管混凝土結構具有高承載力、低造價、良好的穩定性、安全性、施工方便等特點，在特殊環境中也能保持較好的承載力和穩定性，具有廣泛的發展前景，在將來會應用的越來越廣泛。

關鍵詞：鋼管混凝土；發展歷程；結構優勢；結果應用前景

一、引言

將素混凝土填充在鋼管中的材料結構稱為鋼管混凝土結構，通過這種方法可以有效的提高材料的力學性能，鋼管混凝土較鋼管材料和混凝土材料擁有更高的強度、穩定性和耐久性，抗震性。原因在于外部鋼管對其核心混凝土的變形有約束的作用，從而提高了它的承載能力。由于它具有很好的受力性能，施工簡便，造價便宜等特點，目前已經在各工程領域廣泛應用，但是這種技術任然有不完善之處，只有進行更多相關領域的研究，它才會在日后的工程應用中發揮其作用。

二、鋼管混凝土的發展歷程

（一）鋼管混凝土在國外的發展：

國外最早使用鋼管混凝土是在1897年，美國的John Lally在圓鋼管中灌入混凝土，用作于建筑物的承重柱，并且計算出了圓鋼管混泥土柱的安全承載力公式。二戰以后美國、蘇聯、日本等國家開始戰后重建，開展了很大量的鋼管混凝土的探究和應用。到了近現代，計算機的興起，基于有限元模擬軟件，鋼管混凝土又得到了和快的發展。在一些發達國家進行的實踐和實驗中證明了鋼管混凝土具有施工周期短、施工簡單，實用經濟等優點。繼而鋼管混凝土在單層、多層廠房和大跨結構、橋梁中應用也越來越廣泛，并且在研究和實踐的過程中制定了許多有關鋼管混凝土的設計規程規范。

（二）鋼管混凝土在國內的發展：

我國針對鋼管混凝土的起步于二十世紀六十年代，當時鋼管混凝土主要運用在廠房和地鐵的建設，到了七十年代后，才在冶金和造橋等領域得以發展，隨著大量的研究的進行，各種規程規范的完善，鋼管混凝土運用的領域采越來越廣。國內許多學者對在鋼管混凝土的研究也做出了巨大的貢獻。鐘善桐教授帶領的科研團隊對圓鋼管混凝土的各種性能展開了一系列的研究，建立了鋼管混凝土的“統一理論”。目前我國已經將鋼管混凝土成功應用于許多大型建筑物上，如四川萬縣長江大橋跨徑（420m），浙江金竹牌大橋（252m），重慶巫山長江大橋（460m）。從20世紀90年代伊始至今，中國修建的各式鋼管混凝土拱橋超過了400座，其中跨度超過 200m者40余座，跨度超過300m者10余座，技術的成熟和廣泛運用給工程帶來了很大的方便，實際質量也能保證。

三、鋼管混凝土結構的優勢

（一）高承載力，良好的塑性

當鋼管中填充了混凝土時，鋼管和和混凝土構成一種新的結構體系。不管是在軸心受壓還是偏心受壓的情況，鋼管混凝土因其外部鋼管對核心混凝土的約束很好的改善了混凝土的性能，又因為內部混凝土的作用提高了鋼管的整體性，同樣也限制了鋼管的側向位移，使其不易發生失穩破壞。從而具有更高的承載能力，良好的塑性變形能力。

（二）較好的抗火能力

混凝土具有較大的比熱容，當火災發生時能較快地吸收熱量，承載力影響減小。在鋼結構中，鋼的耐火性差，隨溫度升高，鋼結構的承載能力及穩定性越來越差，直至結構破壞。鋼管混凝土在受到高溫時，內部混凝土能吸收一部分熱量，讓鋼管溫度上升速率降低，內部的混凝土也能提供一部分承載力，降低了對承載性能的影響。所以鋼管混凝土具有更好的抗火性能。

（三）提高了抗震性能

抗震性能是指在動荷載或地震作用時，材料的抗變性能和延展性。混凝土單向受壓時容易向側向變形，變現為脆性，但在鋼管混凝土中處于三向受壓的狀態時，結構的剛度和抗變形能力提高，還能保持一定的塑性。因此在反復的荷載作用下，鋼管混泥土體現出了良好的抗震性能。

（四）降低成本

相比于全部使用鋼結構，鋼管可以直接代替鋼筋的骨架，從而降低了材料的成本。于鋼筋混凝土相比，鋼管混凝土便于施工，外部的鋼管可以直接作為混凝土澆筑的模板，省去了支模拆模的步驟，加工方便，節省可人力成本。

四、鋼管混凝土結構在國內的應用及前景

（一）鋼管混凝土結構運用于橋梁工程

鋼管混凝土在我國的大跨度橋梁和拱橋的結構中應用的比較廣泛，拱橋承擔的壓力是軸向壓力，鋼管混凝土能更好的適應軸向壓力的情況，所以在拱橋的施工建設中采用鋼管混凝土時比較理想的，延長了拱橋的使用壽命、增強可靠性、降低了成本。例如：430m跨徑的湖北巴東支井河特大橋、338m跨徑的廣西南寧永和大橋都有這種材料的運用。

（二）鋼管混凝土結構運用于高層建筑

在高層建筑中，為了應對突發情況，如火災、地震等，使用鋼管混凝土是很理想的材料。鋼管混凝土具有更好的抗震性和耐火性。因此鋼管混凝土在高層建筑的運用也較多。例如：420.5m的海金茂大廈、330m的北京國貿大廈三期等高層建筑中都應用了這種材料結構。

（三）鋼管混凝土結構的前景

隨著社會和技術的發展，鋼管混凝土發展迅速，因其具有更高安全性、承載力、耐久性能，在未來會得到更加廣泛的應用。在技術很管理方面有很多提升空間，例如：鋼管混凝土的施工工藝需要研究，設計過程中的疲勞性，殘余應力需要研究，鋼管混凝土的整體穩定性研究等。

五、結語

綜上所述，鋼管混凝土結構相比于素混凝土和鋼管結構，擁有更大的承載能力，低造價，方便施工的特點，又因其具有良好的抗震性和耐火性，在特殊環境下也是很理想的材料。在各工程領域應用越來越廣泛，但是因其技術和管理上仍有不成熟之處，所以鋼管混凝土結構還有很大的研究空間。

參考文獻：

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