鋼管混凝土研究綜述

(廣州大學土木工程學院 廣東 廣州 510000)

一、前言

鋼管混凝土(Concrete filled steel tube)是套箍鋼管混凝土的簡稱，是一種在鋼管中填充混凝土而形成的組合構件,是同時把鋼筋混凝土和鋼管的優點結合起來而發展起來的一種新型的組合結構型式。鋼管混凝土結構是繼磚石結構、木結構、鋼結構、鋼筋混凝土結構之后逐漸發展起來的又一大結構體系。鋼管混凝土在很多方面有很多優點在和傳統的鋼筋混凝土結構鋼材用的量比較省相比的情況下。

二、鋼管混凝土的分類及工作原理

(一)鋼管混凝土分類

鋼管混凝土構件是通過在鋼管中填充一定量混凝土從而形成的。從截面形式來說，分為方鋼管混凝土、圓鋼管混凝土、矩形鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土等。

(二)鋼管混凝土的工作原理

鋼管混凝土的基本原理：(1)在內部混凝土的支撐作用下，使鋼管壁穩定性得到增加，使空鋼管的失穩狀態得到改變，進而使它的承載能力提高。(2)在橫向鋼管的作用下，使混凝土受到側向約束，混凝土在三向受壓的狀態，使縱向裂縫的速度減緩，進而使它的變形能力和抗壓強度得到提高。鋼管混凝土的強度的提高、韌性和塑性的改善是利用鋼管和混凝土在受力過程中的相互作用來達到的。

三、鋼管混凝土的優、缺點

討論鋼管混凝土的優、缺點，我們從以下不同的方面來研究。

在普通結構中，承載能力得到了很大的提高，鋼管混凝土的承載能力甚至能達到鋼管和混凝土單獨承載力之和的兩倍。其次它的抗震性能和塑性都很好，抗震性能比鋼筋混凝土結構強很多。經濟效益好，和鋼柱相比節省一半左右的預算，和鋼筋砼柱相比能節省更多的混凝土。在施工方面，它的操作很簡單，節省時間。和鋼結構相比的話，它沒有鋼結構那么復雜，焊縫也短，容易澆灌等很多優勢。

在高層建筑中，鋼管混凝土柱的抗剪和抗壓的能力高。它的塑性也很好，甚至可以做到在高層建筑中不用限制軸壓比。其次鋼管混凝土柱子截面很小，承載能力高，擴大了它在工程中的使用空間。

大空間和大柱網的框架結構體系中也可以用它。柱子截面減小，自重降低，地震反應也將減小。從地基基礎的預算來看，柱子截面減小，基礎尺寸也減少，工程造價也降低了。在施工方面，鋼管混凝土柱很薄，簡化了施工程序。在耐火方面，內部的混凝土，在發生火災時，吸收大部分的熱量，這樣有助于減緩房屋的破壞。

在拱橋中的使用中，抗震性能好、抗壓承載力很高，自重輕，做成拱肋能增加很大的跨度，施工方面很簡便，工程造價也能降低，像混凝土開裂的問題不會出現。

雖然有很多優點，但肯定也有很多缺點。實用范圍就很有限，鋼管混凝土梁就很少成功，比較復雜同時造成的經濟效益也不好。在連接構造上，它也存在很多缺點，比如牛腿的使用就會帶來不好的影響。在制作和安裝上具有一定的繁鎖和難度性，很不利于工程的進度。從質量檢查上來說，是沒有辦法直觀的去檢查混凝土的澆灌質量的，在混凝土澆灌方面上要求很嚴格必須進行配合比實驗后才能澆注。

四、鋼管混凝土的研究現狀

雖然鋼管混凝土結構出現了100多年了，但是對它性能的研究和推廣起步很晚。這就造成它的很多力學性能還不是研究的很透。以下則是已經研究出來的力學性能。

(1)鋼管混凝土的基本理論的研究：國內外很多研究都進行過研究，同時也取得了很多成果比如鐘善桐教授提出的“鋼管混凝土統一理論”等。

(2)鋼管混凝土的靜力性能研究：通過對鋼管混凝土構件在靜力作用下進行大量的實驗和理論分析，建立了統一理論和其它的設計方法和計算公式。在很多方面同樣也取得了很多相應的成果。

(3)鋼管混凝土的抗火研究:要根據火災發生時的實際燃燒情況來考慮鋼管混凝土的承載力極限的抗火設計，同時也要考慮結構在整體空間得作用。把不同的火災模式，不同的鋼管混凝土以及它在燃燒時和燃燒后降溫的過程中都要進行研究分析，只有在這些綜合的考慮下才能對鋼管混凝土的內力和變形性能進行整個過程的詳細的分析，通過這些才能建立更加合適的抗火設計方法。

(4)鋼管混凝土柱的抗震性能研究:在這個方面國內外已經做了大量的實驗研究了，主要是集中在基本構件方面，而對鋼管混凝土基本構件的抗震性能研究的不是很多。

五、鋼管混凝土的研究趨勢

綜上所述，我國對鋼管混凝土方面的研究和應用已經取得了很大的成果。當在實際工程中大量的用到鋼管混凝土結構時，仍然有很多工作需要我們去研究解決。以下就是未來我們需要研究的一些方向。

(1)動力性能的研究：目前關于鋼管混凝土這個方面的研究還都在試驗階段，幾乎沒有實際應用，缺乏相應的理論推導，尚未形成可供規范使用的計算理論和設計公式等。

(2)薄壁鋼管混凝土結構的研究：以前研究的都是鋼管混凝土的管壁較厚的情況，而對薄壁鋼管混凝土的研究才剛剛開始沒多久，還處于摸索階段。

(3)方鋼管混凝土力學性能研究：和圓鋼管混凝土比較，方鋼管混凝土存在很多缺點，和國外相比，我們研究太少，國外已經形成較為成熟的設計方法，而且在工程應用方面也取得了很大的進步，需要我們繼續加大研究，只有這樣才能盡快的用到實際工程中去。

六、結語

在如今的建筑工程中，對建筑結構和建筑材料的要求已經不斷增高。鋼管混凝土由于它的各種優越性，所以能適應現代的各種不同的結構體系。因為鋼管混凝土結構能夠符合現代施工技術的工業要求，所以在超高層建筑、高層和工業廠房、拱橋和地下結構中這種結構正被越來越廣泛地應用。由于鋼管混凝土的應用已經帶來了很不錯的經濟效益和建筑效果，所以已經是結構工程科學的一個重要發展方向。然而在我國鋼管混凝土結構的研究和應用并不是很久，在許多方面還存在著各種弊端和問題，這些都需要繼續深入研究、實驗、探索。