李頎 房煥春

【摘 要】對鋼管混凝土結構的發(fā)展，以及現(xiàn)階段我過對鋼管混凝土結構的應用情況進行介紹。

【關鍵詞】鋼管混凝土；承載力；塑性

鋼管混凝土結構是一種在鋼管內灌入混凝土而形成的組合結構。此類結構，正是科學合理的利用了鋼管和混凝土結構各自的優(yōu)點，使鋼管和混凝土兩種材料在共同受力過程中相互協(xié)調作用互補不足，使鋼管混凝土結構既具有混凝土結構的抗壓性能又具有鋼材的抗拉性能。是一種現(xiàn)在被廣泛應用的結構形式。

鋼管混凝土結構是在勁性鋼筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基礎上演變發(fā)展而來的。鋼管混凝土結構最初主要應用在橋墩和工業(yè)廠房柱子等結構構件中，但早期的應用中一般不考慮由于鋼管和混凝土的相互作用而對構件產生的承載力提高的影響。

通過近些年的研究，發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土結構具有如下特點：

（1）承載力高

鋼管內加入了混凝土之后，在軸心受壓荷載的作用下，鋼管對混凝土起到了明顯的約束作用，使混凝土三向受壓，能有效的減緩一般鋼筋混凝土、素混凝土受到壓力時出現(xiàn)的縱向開裂；而鋼管內混凝土的存在也有效避免或減緩了鋼管過早的局部屈曲。正是因為如此，鋼材和混凝土的組合才可以在彌補了各自劣勢的情況下又能同時充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，從而使鋼管混凝土具有較高的承載力，性能上顯著高于單獨鋼管結構和單獨的混凝土結構的承載力之和。

（2）塑性和韌性好

混凝土是種脆性材料，高強度混凝土（立方體抗壓強度fcu≥60MPa）的脆性表現(xiàn)更為明顯，其工作的可靠度也因此有所降低。但是鋼管混凝土中的混凝土由于是在鋼管和混凝土共同作用，由于鋼管的的約束下，混凝土不但改善了使用階段的彈性性質，而且使混凝土破壞時仍具有較好的塑性變形能力。鑒于鋼管混凝土具有較高的塑性和韌性，其抗震性能也十分優(yōu)越。

（3）施工方便

與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結構相比，采用鋼管混凝土結構時，不需要綁扎鋼筋、支模和拆模等復雜而又繁瑣工序，使得工期大為縮短。而且鋼管內一般也不再需要配置受力鋼筋，這樣澆筑混凝土時的難度降低，于此同時混凝土的密實度也更容易保證。尤其在采用免振自密實混凝土和泵送混凝土等施工工藝時，施工德優(yōu)越性更加明顯。此外，與鋼筋混凝土預制構件相比，鋼管混凝土結構可以有效的節(jié)約預制構件制作場地。與鋼結構構件相比，鋼管混凝土的構造更簡單。

（4）抗火性能較好

鋼管混凝土結構抗火能力強，表現(xiàn)在結構抗火能力突出以及在火災作用后可修復性較高?；馂陌l(fā)生時，在火災高溫的作用下，核心混凝土溫度升高較慢且承載力較高，而外包鋼管在火災的作用下承載力會逐漸下降，并在應力重分配后，將卸下的荷載作用傳遞給混凝土承擔。正是存在著這種混凝土與鋼管之間協(xié)同互補和共同工作的作用，使鋼管混凝土結構的抗火性能和災后德可修復性較為優(yōu)越。

（5）經濟效果好

作為一種新型組合結構，鋼管和混凝土的組合結構可以較好地同時發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料的優(yōu)點和潛力，能夠使兩種材料的力學性能得到較為合理和充分的利用，因此，多數(shù)情況下，采用鋼管混凝土結構能取得較好的經濟效果。

鋼管混凝土的應用已有近百年的歷史，鋼管混凝土優(yōu)越的力學性能一開始就受到了各國土木工程工作者的高度重視并競相開放利用，我國鋼管混凝土的研發(fā)也有四十余年的歷史，在這接近半個世紀的發(fā)展過程中經過眾多理論工作者的理論和實踐探索，我國的鋼管混凝土發(fā)展事業(yè)在理論和施工方面已經取得了長足的進步。由于鋼管混凝土自身的優(yōu)越性，鋼管混凝土結構在我國建筑業(yè)迅猛發(fā)展的同時也推動了我國建筑行業(yè)的飛速進步。下面就舉出幾個鋼管混凝土結構在實際工程中應用的例子加以敘述。

（1）高層和超高層結構柱

在高層和超高層建筑中，鋼管混凝土結構多用于抗側移的柱構件。鋼管混凝土柱多有一下優(yōu)點①鋼管混凝土柱子的截面一般都比較大，抗側移作用明顯；②鋼管混凝土結構的抗震性能較好；③鋼管混凝土結構的耐火性能優(yōu)于鋼結構和混凝土結構；④施工簡便，鋼管混凝土結構中的鋼管可以充當混凝土結構的模板，因此在施工工序上有所減少。由于具有上述特點，鋼管混凝土結構在高層和超高層的建筑結構中應用愈加廣泛。

現(xiàn)在正在施工當中的沈陽茂業(yè)百貨項目，就應用了圓形鋼管混凝土柱子。此項目的圓形鋼管混凝土柱從一層到七十五層通常應用，圓形截面直徑500mm，有效的抵抗了風力施加在樓層面的風荷載。1999年建成的深圳賽格廣場大廈，高度為291.6米，主要為框筒結構，圓截面鋼管混凝土柱構成了框架柱以及體系內筒中的密排柱。1997年建成的天津晚報大廈，地下2層，地上28層，也是采用了圓形鋼管混凝土柱的結構。

另外，鋼管混凝土在高層建筑中的應用，還包括香港中心大廈、杭州瑞豐國際商務大廈和廈門阜康大廈等。

（2）地鐵站臺柱、送變電桿塔、樁、空間結構

地鐵的站臺柱通常都承受著較大的壓力，因此采用承載力較高的鋼管混凝土柱時可以適當減小截面面積，從而有效的擴大地下結構的使用空間。我國的地鐵車站工程在20世紀60年代左右就開始使用鋼管混凝土結構。首先使用鋼管混凝土結構柱的包括北京地鐵前門站和北京站等工程。對于間距較大的高壓輸電桿塔等結構，鋼管混凝土構件可用來作為承受豎向荷載的立柱。目前為止，鋼管混凝土柱已在松蚊220kW線路中的終端塔、沿葛洲壩水電站輸出線路上等多個項工程項目中可靠服役多年。

（3）橋梁結構

在我國，鋼管混凝土結構已在橋梁工程中已經得到了較為廣泛的應用，不但取得了較好的社會效益而且取得了較好的經濟效益，并且在實踐過程中積累了許多寶貴的工程經驗。1991年底通車的四川旺蒼縣東河大橋，跨度115米。鋼管混凝土啞鈴型截面外直徑為800mm，鋼管壁厚為10mm是我國最早建成的，采用鋼管混凝土結構的橋梁之一。重慶萬縣長江公路大橋，跨度達420米，一跨過江。經過多年的理論和實踐探索，我國在鋼管混凝土橋梁建設上已經取得了長足的進步和發(fā)展并形成了一套科學的鋼管混凝土橋梁建造技術。

（4） 單層和多層廠房柱、設備構架柱、支架柱和棧橋柱

我國在20世紀70年代左右開始逐漸推廣各類鋼管混凝土柱在各類廠房項目中的應用。例如在1972年建成的遼寧本溪鋼鐵公司車間、1980年左右建成的太原鋼鐵公司某小型廠以及1996年初建成的上海寶山鋼鐵公司某電爐廢鋼車間等頗多工業(yè)建筑中鋼管混凝土柱應用較多。

1991年底建成通車的四川省旺蒼縣東河大橋，跨度115米，采用啞鈴型截面，鋼管混凝土的外直徑為800mm，鋼管壁厚為10mm是我國最早建成的采用鋼管混凝土的拱橋之一。在之后二十年的時間里，我國已陸續(xù)出現(xiàn)了100多座各式各樣的鋼管混凝土拱橋，其中跨度在100米以上的就有30多座，尤其是重慶市萬縣長江公路大橋，跨度達到420米，一跨過江。經過多年的實踐，我國在鋼管混凝土拱橋建設上已經積累了豐富的經驗，形成了一套較為完整的鋼管混凝土拱橋建造技術。

近些年，由于對鋼管混凝土結構的充分研究，各類鋼管混凝土構件都已經廣泛應用于各類建筑當中。相信隨著科學技術的深入研究和施工工藝技術的進一步發(fā)展，鋼管混凝土構件的優(yōu)越性會更加突出顯現(xiàn)，這樣就會更加廣泛合理的應用鋼管混凝土構件。我們也有理由相信，由于鋼管混凝土構建的進一步研究，也會推動對型鋼鋼管混凝土構件和各類鋼管混凝土的研究，從而推動整個建筑行業(yè)的飛速進步。