黃世杰

（廣東珠榮工程設(shè)計(jì)有限公司 廣州 510610）

1 引言

試驗(yàn)和理論分析證明，在承載力相同的條件下，采用鋼管混凝土的承壓構(gòu)件比普通鋼結(jié)構(gòu)節(jié)約鋼材50%左右，而且鋼構(gòu)件較少，施工焊縫的工作量也相應(yīng)少；比普通鋼筋混凝土構(gòu)件節(jié)約混凝土用量約50%，能減少一半的構(gòu)件橫截面面積，進(jìn)而提高建筑的有效使用面積。目前，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層、超高層建筑以及拱橋、地下工程中有著廣泛的應(yīng)用。

2 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

鋼管混凝土是一種新興的組合結(jié)構(gòu)，主要以軸心受壓和作用力偏心較小的受壓構(gòu)件為主，在一些框架結(jié)構(gòu)中，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)有著廣泛的應(yīng)用。

2.1 承載能力高

鋼管可以對(duì)混凝土起到良好的約束作用，使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，混凝土的強(qiáng)度和韌性可以得到大幅度提高。結(jié)構(gòu)使用過程中，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的承載力明顯高于鋼管承載力與混凝土的承載力之和。

2.2 抗震性能好

通過利用鋼管與混凝土之間所產(chǎn)生的相互作用，可以使鋼管內(nèi)部的混凝土破壞由原來的脆性破壞變換為塑性破壞，這樣一來可以顯著的提升構(gòu)件的延性性能與耗能性能。因而，該結(jié)構(gòu)的抗震性能較好。鋼管混凝土在受到動(dòng)荷載或者是地震作用的條件下，結(jié)構(gòu)具有良好的吸能與延性，它的抗震性能比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要強(qiáng)很多。通過反復(fù)的壓彎實(shí)驗(yàn)證明，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的彎矩曲率滯回曲線比較理想，并且結(jié)構(gòu)的吸能性能極佳。

2.3 耐腐蝕性能得到改善

通過在鋼管中澆筑混凝土，可以降低鋼管的外露面積，進(jìn)而可以降低外界環(huán)境對(duì)鋼材的腐蝕作用，因而結(jié)構(gòu)的抗腐、防腐費(fèi)用較低。

2.4 耐火性能好

在火災(zāi)高溫環(huán)境下，鋼管的熱量被核心混凝土吸收，使其溫度升高幅度相應(yīng)滯后，可有效地提高鋼管混凝土構(gòu)件的耐火極限。即使鋼管屈服，核心混凝土可以承受大部分的軸向荷載，防止結(jié)構(gòu)倒塌。當(dāng)急劇降溫時(shí)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)不像普通混凝土那樣發(fā)生崩裂現(xiàn)象。

2.5 制作和施工方便

在進(jìn)行鋼管混凝土構(gòu)件的施工過程中，由于所用到的截面形式較為多樣，施工過程中可以根據(jù)實(shí)際狀況合理選擇截面形式，這對(duì)于提升鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能，降低施工造價(jià)有著重要的意義。

3 鋼管混凝土設(shè)計(jì)與施工工藝研究

鋼管中所用到的混凝土大多是普通混凝土，但是其強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)小于C30，施工過程中要對(duì)原材料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制。另外，在進(jìn)行焊接工作時(shí)，最好要適應(yīng)對(duì)接焊縫形式，同時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際狀況采用螺旋形縫焊接管或者是無縫鋼管、直縫焊接管等形式。

3.1 鋼管柱的吊裝

在進(jìn)行預(yù)制鋼管混凝土構(gòu)件的吊裝工作時(shí)，鋼管上端口要做好密封工作，進(jìn)而可以避免相關(guān)異物落入到鋼管內(nèi)部。在進(jìn)行吊裝工作時(shí)，要確保結(jié)構(gòu)不能因?yàn)榈跹b工作而出現(xiàn)變形問題，同時(shí)還要參考鋼管的穩(wěn)定性以及強(qiáng)度等指標(biāo)合理確定吊點(diǎn)的位置。當(dāng)鋼管吊裝工作結(jié)束之后，技術(shù)人員要做好檢驗(yàn)與校正工作，進(jìn)而確保構(gòu)件的穩(wěn)定性能。

3.2 鋼管的制作工藝

如果鋼結(jié)構(gòu)使用手工焊接以及滾床卷管時(shí)，那么要使用直流電焊機(jī)對(duì)鋼管進(jìn)行反接焊接施工。對(duì)于焊縫質(zhì)量要求而言，要確保滿足二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求。另外，施工中鋼板的壓延方向要確保和卷管方向一致。同時(shí)，鋼管內(nèi)部不得出現(xiàn)油漬等污物，并且要保證核心混凝土和鋼管內(nèi)壁之間緊密的黏結(jié)在一起。在進(jìn)行卷板施工中，要確保管軸線和管端平面相互垂直，并且在進(jìn)行卷制鋼管時(shí)，要嚴(yán)格按照鋼管拼接的軸線要求進(jìn)行施工，同時(shí)還要確保鋼管坡口端和管軸線相互垂直。施工中采用不同板厚的鋼材，要保證焊接坡口的質(zhì)量達(dá)到規(guī)定要求。在進(jìn)行制作質(zhì)量的檢查工作時(shí)，要對(duì)以下表1中的項(xiàng)目進(jìn)行嚴(yán)格的把控。

表1 鋼管柱安裝過程中的允許偏差

3.3 鋼管拼接組裝技術(shù)

在進(jìn)行鋼管焊接工作時(shí)，對(duì)于大直徑鋼管的焊接來說，施工中可以使用附加鋼筋焊接在鋼管的外壁進(jìn)而起到臨時(shí)固定的作用。對(duì)于小直徑鋼管來說，可以采用點(diǎn)焊定位，并且要確保固定點(diǎn)的間距達(dá)到300mm左右。在進(jìn)行肢管的對(duì)接工作時(shí)，要確保間隙放大到0.5～2mm，這樣一來能夠抵消收縮變形影響。焊接過程中，對(duì)于小裂縫要做好處理工作，可以將小裂縫的地方鏟除掉并進(jìn)行重焊。另外，焊接鋼管工作時(shí)還要做好對(duì)接工作，并且要采用分段的順序進(jìn)而確保對(duì)稱性。在進(jìn)行腹桿和肢管的焊接工作時(shí)，要控制好焊接的角度與尺寸。對(duì)于管內(nèi)連接處所設(shè)置的附加襯管，也要控制好焊接的質(zhì)量。焊接工作結(jié)束以后，要做好鋼管構(gòu)件的焊縫質(zhì)量檢查，并且要對(duì)鋼材進(jìn)行相應(yīng)的防腐處理。

3.4 鋼管混凝土澆筑技術(shù)

現(xiàn)階段在進(jìn)行鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的施工過程中，主要用到三種澆筑技術(shù)：①高位拋落無振搗技術(shù)。在應(yīng)用該技術(shù)進(jìn)行混凝土的澆筑工作時(shí)，首先要確保混凝土的水灰比低于0.45，并且混凝土粗骨料粒徑要保持在5～30mm之間，混凝土的坍落度要大于150mm。澆筑過程中，不能出現(xiàn)停頓與中止情況。對(duì)于高位拋落無振搗技術(shù)而言，主要應(yīng)用在高度不小于4m、鋼管直徑超過350mm的施工工作中。澆筑過程中，當(dāng)混凝土澆灌到鋼管的頂端位置時(shí)，要確?；炷恋膹?qiáng)度達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)值的50%以上時(shí)，才能進(jìn)行封頂板或者是層間橫隔板的封焊工作。②目前在進(jìn)行混凝土的澆筑工作時(shí)，還會(huì)用到立式手工澆灌技術(shù)。對(duì)于立式手工澆筑技術(shù)而言，要確保施工中粗骨料的粒徑維持在10.40mm左右，并且其水灰比不能超過0.4。另外，對(duì)于混凝土的坍落度來說，要控制在200～400mm之間；施工過程中如果存在穿心部件，那么粗骨料的粒徑要適當(dāng)?shù)臏p小。施工時(shí)管內(nèi)的混凝土要從鋼管上口澆入，并且使用振搗器進(jìn)行實(shí)時(shí)的振搗。如果鋼管的管徑低于350mm，施工時(shí)可以使用外部振搗器進(jìn)行相應(yīng)的振搗工作。振搗過程中，外部振搗器的工作位置要伴隨著混凝土澆筑工作而進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，并且振搗時(shí)間要超過1min。施工過程中，每次澆灌的高度不能超過2.3m。施工過程中如果管徑超過了350mm，那么可以使用內(nèi)部振搗器進(jìn)行振搗工作，并且振搗時(shí)間要超過30s。③送頂升澆筑技術(shù)。對(duì)于這一技術(shù)而言，混凝土中的粗骨料粒徑要控制在5mm到30mm之間，并且水灰比不應(yīng)超過0.45。采用該技術(shù)進(jìn)行施工時(shí)，要確保混凝土有著良好的流動(dòng)性。采用此方法施工時(shí)，不能進(jìn)行外部振搗，這樣一來會(huì)對(duì)泵送工作造成一定的影響。施工縫宜留在鋼管端口以下500mm處。

3.5 混凝土泌水空鼓問題的防治措施

在進(jìn)行鋼管混凝土的澆筑工作時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)泌水與空鼓等施工質(zhì)量問題。施工過程中，由于鋼管的密閉性良好，并且混凝土中的水分無法析出，再加上施工時(shí)的振搗棒在相對(duì)狹窄的管內(nèi)進(jìn)行振搗，將造成粗骨料的下沉以及砂漿材料的上浮。對(duì)于這一問題的防治工作而言，事先要控制好商品混凝土的坍落度，并且由要確保坍落度為（120±20）mm。同時(shí)，要對(duì)混凝土的澆筑體積與高度進(jìn)行嚴(yán)格控制，并控制混凝土的振搗時(shí)間。振搗過程中混凝土面沒有氣泡泛出，才能中止振搗工作。另外，施工現(xiàn)場(chǎng)要合理安排混凝土的澆筑工序。

4 結(jié)束語

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有著良好的使用性能與受力性能，現(xiàn)階段在高層建筑、廠房以及橋梁港口工程中有著廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行施工過程中，要控制好鋼管的設(shè)計(jì)、制作與焊接，同時(shí)要對(duì)混凝土的澆筑質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，提升鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用水平。

[1]王珂，李順群，尹長權(quán).鋼管混凝土結(jié)構(gòu)定位偏差對(duì)地下結(jié)構(gòu)位移的影響[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（1）：45～46.

[2]未曉麗，王文達(dá).地下工程中鋼管混凝土柱施工關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù)，2013（7）：29～30.

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