鋼管－混凝土組合柱在我國(guó)的研究進(jìn)展與展望

王吉忠，劉連鵬，葉 浩

(大連理工大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程研究所，遼寧 大連116024)

我國(guó)正處在改革發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，超高層建筑工程、大跨橋梁工程、大型水利工程、港口與海岸以及深海工程大量修建，對(duì)綜合效益的要求也愈加嚴(yán)格，鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)同傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，能夠減輕自重，減少構(gòu)件截面積從而增大使用空間，減少模板使用并縮短施工工期，具有良好的塑性和韌性;同鋼結(jié)構(gòu)相比，具有更好的耐久性，耐火性和穩(wěn)定性[1]。組合結(jié)構(gòu)在安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、耐久等四個(gè)方面表現(xiàn)突出，具有廣闊的發(fā)展前景，將成為高層、超高層建筑結(jié)構(gòu)中最為重要的結(jié)構(gòu)體系。

作為鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)的主要承重構(gòu)件—柱，在組合結(jié)構(gòu)體系中占有舉足輕重的地位，組合柱的優(yōu)劣直接決定了組合結(jié)構(gòu)的整體受力性能和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。鋼管—混凝土組合柱和型鋼混凝土組合柱是鋼—混凝土組合柱的兩種主要形式。本文將重點(diǎn)介紹鋼管—混凝土組合柱在我國(guó)的研究進(jìn)展，并對(duì)鋼管—混凝土組合柱的發(fā)展提出幾點(diǎn)新的思路。

1 鋼管—混凝土組合柱在我國(guó)的研究進(jìn)展

鋼管—混凝土組合柱是在鋼柱和鋼筋混凝土柱的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，筆者將其劃分為三種基本形式:鋼管混凝土柱、鋼管混凝土疊合柱、鋼管約束混凝土柱(圖1)。這三種組合柱的不同主要在于鋼管配置于混凝土中的位置和鋼管是否承受軸向壓力，這些不同引起鋼管受力狀態(tài)的改變，使構(gòu)件的整體受力性能、耐久性、耐火性等方面表現(xiàn)出很大差異，從而使研究?jī)?nèi)容、研究方法產(chǎn)生不同。

圖1 三種組合形式示意圖

鋼管混凝土柱的外圍鋼管同時(shí)承受混凝土膨脹壓力和外荷載軸向壓力，處于縱向受壓、環(huán)向受拉的雙向受力狀態(tài)，核心混凝土能夠提高外圍鋼管的穩(wěn)定性。鋼管混凝土疊合柱還承受了兩側(cè)混凝土擠壓引起的徑向應(yīng)力，同樣對(duì)鋼管的穩(wěn)定性提高更加明顯。鋼管約束混凝土中鋼管上下不貫通，只承受混凝土膨脹壓力，處于環(huán)向受拉的單向受力狀態(tài)，基本不存在局部屈曲和穩(wěn)定性的問題。施工性能方面，鋼管混凝土柱的鋼管可以替代施工模板，降低了工程造價(jià)，但鋼管混凝土疊合柱仍然需要大量的模板費(fèi)用，但這兩種組合柱由于上下貫通，可以替代臨時(shí)支撐。從耐火性的角度來看，鋼管混凝土柱和鋼管約束混凝土柱的耐火性顯然不如鋼管混凝土疊合柱，需要花費(fèi)大量防火保護(hù)費(fèi)用。由此可見，三種組合柱各有優(yōu)劣，以下將分別介紹三種組合柱在我國(guó)的研究進(jìn)展。

1.1 鋼管混凝土柱的研究進(jìn)展

鋼管混凝土柱自1897年于美國(guó)開始作為承重柱而應(yīng)用到房屋建筑中起已經(jīng)有一百多年的歷史[2]。直至20世紀(jì)60年代，鋼管混凝土由于其經(jīng)濟(jì)性在蘇聯(lián)、西歐、北美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家受到重視并開展相應(yīng)的研究工作。20世紀(jì)80年代泵送混凝土工藝的發(fā)展促進(jìn)了鋼管混凝土在世界范圍內(nèi)的應(yīng)用和研究，我國(guó)鋼管混凝土組合柱的研究正是在此時(shí)大規(guī)模展開的[3]。到目前為止，我國(guó)鋼管混凝土的理論和應(yīng)用相對(duì)來說比較成熟，研究成果十分豐富，現(xiàn)將主要研究成果作以下介紹。

構(gòu)件的靜力性能是其所有力學(xué)性能的基礎(chǔ)。鋼管混凝土柱靜力性能的研究重點(diǎn)集中在鋼管混凝土的短柱、長(zhǎng)柱、偏壓柱的承載力計(jì)算方法上。鐘善銅，王用純[4]采用強(qiáng)度理論推導(dǎo)出鋼管混凝土極限承載力和穩(wěn)定承載力計(jì)算公式，并分析了混凝土徐變、收縮和溫度對(duì)承載力的影響。湯關(guān)祚[5]對(duì)100多個(gè)不同含鋼率、混凝土強(qiáng)度和長(zhǎng)細(xì)比的圓形鋼管混凝土柱進(jìn)行軸壓和偏壓試驗(yàn)，分析提出軸壓、偏壓承載力計(jì)算方法。蔡紹懷介紹了中國(guó)建筑科學(xué)研究院在1980年至1983年間對(duì)鋼管混凝土短柱、長(zhǎng)柱、偏壓柱展開的一系列試驗(yàn)研究成果:文獻(xiàn)[6]表明，“套箍指標(biāo)”是影響圓鋼管混凝土短柱承載力和變形能力的重要參數(shù)。該文還通過理論分析，在三個(gè)假設(shè)下推導(dǎo)出鋼管混凝土短柱極限強(qiáng)度計(jì)算公式，并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，吻合良好;文獻(xiàn)[7]和文獻(xiàn)[8]介紹了軸心受壓長(zhǎng)柱和偏心受壓柱的試驗(yàn)研究，推導(dǎo)出圓鋼管軸心受壓長(zhǎng)柱和偏心受壓柱的承載力計(jì)算公式，與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。在此后的十多年時(shí)間中，顧維平[9－10]對(duì)鋼管高強(qiáng)混凝土長(zhǎng)柱和偏壓柱進(jìn)行了試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓、偏壓性能與鋼管普通強(qiáng)度混凝土的基本一致。譚克鋒和蒲心誠(chéng)[11－12]對(duì)鋼管超高強(qiáng)混凝土短柱、長(zhǎng)柱和偏壓柱進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過修正文獻(xiàn)[6]中鋼管混凝土柱承載力公式里的套箍指標(biāo)系數(shù)和偏心率折減系數(shù)，得到鋼管超高強(qiáng)混凝土的軸壓、偏壓柱的承載力計(jì)算公式。王玉銀、張素梅[13]用有限元對(duì)圓形鋼管高強(qiáng)混凝土軸壓短柱進(jìn)行數(shù)值分析，分析結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果以及試驗(yàn)結(jié)果吻合良好。王玉銀[14]對(duì)鋼管再生混凝土軸壓短柱進(jìn)行試驗(yàn)研究，研究結(jié)果表明，鋼管再生混凝土具有比鋼管普通混凝土柱更優(yōu)越的約束效果和延性。余志武和丁發(fā)興[15]對(duì)17個(gè)圓鋼管自密實(shí)混凝土軸壓短柱進(jìn)行試驗(yàn)研究，主要研究鋼管中部開孔和開槽對(duì)承載力的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，開小孔和細(xì)槽對(duì)其承載力和變形影響很小，但減小了彈性階段的組合彈性模量。

構(gòu)件在低周往復(fù)荷載作用下，能量耗散和變形能力，即滯回性能，能夠很好地表征其對(duì)地震作用的反應(yīng)效能，是一種偽靜力抗震性能試驗(yàn)。在鋼管混凝土柱的滯回性能方面的研究，主要圍繞著壓彎構(gòu)件的彎矩—曲率和P—Δ恢復(fù)力模型展開的。屠永清[16]對(duì)圓鋼管混凝土壓彎構(gòu)件進(jìn)行滯回性能試驗(yàn)，并提出其彎矩—曲率和P—Δ恢復(fù)力模型。韓林海等[17－18]對(duì)圓形、方形和矩形鋼管混凝土的滯回性能進(jìn)行了一系列試驗(yàn)研究，主要參數(shù)有軸壓比、長(zhǎng)細(xì)比、含鋼率、鋼材強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度等，最終提出鋼管混凝土構(gòu)件彎矩—曲率和P—Δ恢復(fù)力模型以及位移延性系數(shù)的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在遭受火災(zāi)時(shí)，外圍鋼管直接與火接觸，同鋼結(jié)構(gòu)一樣，需要結(jié)構(gòu)具有足夠的耐火時(shí)間。但在鋼管混凝土柱的耐火性能方面，國(guó)內(nèi)的研究起步較晚。自2000年前后，韓林海課題組[19－20]借鑒外國(guó)的研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)圓形、方形和矩形鋼管混凝土的耐火性進(jìn)行大量試驗(yàn)研究，重點(diǎn)研究防火涂料、混凝土強(qiáng)度、火災(zāi)荷載比等因素對(duì)軸心和偏心受壓柱的受力性能的影響。呂學(xué)濤[21]對(duì)方鋼管混凝土柱的受火方式(三面受火、相對(duì)兩面受火、相鄰兩面受火、三面及四面受火)進(jìn)行系統(tǒng)的數(shù)值分析研究，得到不同受火方式下的耐火極限。目前對(duì)建筑結(jié)構(gòu)防火保護(hù)的方法主要是涂刷防火涂料，不同構(gòu)件形式的防火設(shè)計(jì)方法也是不同的，對(duì)鋼管混凝土柱進(jìn)行耐火性能研究的最終目的是確定其合理的防火設(shè)計(jì)方法，韓林海[20]通過試驗(yàn)回歸分析，得到防火保護(hù)層實(shí)用計(jì)算方法，能夠滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50016－2006)和《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》(GB50014－95)對(duì)耐火極限的要求。

為了保證結(jié)構(gòu)在地震作用下，能達(dá)到“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的抗震性能要求，梁柱框架節(jié)點(diǎn)的受力性能至關(guān)重要。韓林海，楊有福等對(duì)鋼管混凝土—鋼梁節(jié)點(diǎn)和鋼管混凝土柱—鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要研究的節(jié)點(diǎn)形式有穿心螺栓端板鋼梁節(jié)點(diǎn)、單邊螺栓端板鋼梁節(jié)點(diǎn)、鋼管混凝土柱—“犬骨式”鋼梁節(jié)點(diǎn)、加強(qiáng)環(huán)式鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)、鋼筋混凝土環(huán)梁式節(jié)點(diǎn)、鋼筋貫通式節(jié)點(diǎn)、鋼筋環(huán)繞變寬度梁節(jié)點(diǎn)、勁性環(huán)梁節(jié)點(diǎn)等。此處不再一一贅述，文獻(xiàn)[22]中有比較全面的歸納。鋼管混凝土組合柱與普通鋼筋混凝土梁或型鋼混凝土組合梁通過栓接、焊接等方法進(jìn)行連接，形式復(fù)雜多樣，通過有限元對(duì)不同形式的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，為研究和應(yīng)用提供了便利，而且能夠很好地滿足工程需要。

1.2 鋼管混凝土疊合柱的研究進(jìn)展

鋼管混凝土疊合柱或稱勁性鋼管混凝土組合柱、配有鋼管的鋼骨混凝土柱，是遼寧省建筑設(shè)計(jì)院在工程實(shí)踐中提出的，它是中國(guó)完全自主開發(fā)的一種結(jié)構(gòu)形式。20世紀(jì)末，在沈陽日?qǐng)?bào)大廈地下室工程、遼寧省樞紐工程、遼寧物產(chǎn)大廈工程等眾多工程中采用，同時(shí)在建造遼寧物產(chǎn)大廈的過程中該院與大連理工大學(xué)合作，研究了這種疊合柱的抗震性能，通過試驗(yàn)驗(yàn)證了該組合柱的可靠性。此后，大連理工大學(xué)、華南理工大學(xué)、東南大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)等分別開展了對(duì)鋼管混凝土疊合柱的研究，并取得具有價(jià)值的重要成果。鋼管混凝土疊合柱的鋼管配置在混凝土內(nèi)部，耐火性能大大優(yōu)于其他兩種組合柱;梁柱節(jié)點(diǎn)中梁縱筋可環(huán)繞穿越核心鋼管混凝土，與外圍混凝土整澆，節(jié)點(diǎn)性能與普通鋼筋混凝土梁柱類似。因此對(duì)鋼管混凝土疊合柱的研究重點(diǎn)都集中在該組合柱的軸壓承載力和抗震性能兩個(gè)方面。

大連理工大學(xué)趙國(guó)藩等[23]對(duì)38個(gè)縮尺鋼管高強(qiáng)混凝土疊合柱試件進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼管混凝土疊合柱能夠明顯提高柱的抗剪能力和延性，證明了遼寧物產(chǎn)大廈的鋼管混凝土疊合柱設(shè)計(jì)的可靠性，同時(shí)給出了在鋼管混凝土疊合柱設(shè)計(jì)時(shí)，軸壓比、體積配箍率、鋼管面積比和套箍指標(biāo)的建議設(shè)計(jì)限值。陳周熠[24－25]對(duì)鋼管高強(qiáng)混凝土疊合柱軸壓承載力、受剪承載力進(jìn)行試驗(yàn)分析研究，提出了極限承載力和斜截面受剪承載力公式，給出軸壓比和軸壓力限值，又以遼寧物產(chǎn)大廈建設(shè)為背景，給出3種鋼管混凝土疊合柱節(jié)點(diǎn)處理方式。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)李惠等[26]對(duì)4個(gè)鋼管高強(qiáng)混凝土疊合柱和1個(gè)普通高強(qiáng)混凝土柱進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明外圍混凝土承擔(dān)了90%的水平力，軸力和含鋼率基本不影響核心鋼管混凝土的水平力;鋼管內(nèi)、外混凝土強(qiáng)度等級(jí)相差越多，疊合柱延性越好。該課題組又在文獻(xiàn)[27]中進(jìn)一步探討了軸壓比、疊合比、鋼管混凝土面積比、鋼管混凝土套箍系數(shù)等對(duì)疊合柱軸力分配的影響，最終給出了建議設(shè)計(jì)名義軸壓比限值。

東南大學(xué)林擁軍[28－29]對(duì)7個(gè)鋼管混凝土疊合柱進(jìn)行軸壓和偏壓試驗(yàn)，通過理論分析得到疊合柱的軸壓比限值實(shí)用計(jì)算公式和正截面承載力計(jì)算公式。

華南理工大學(xué)蔡健[30]對(duì)10個(gè)鋼管高強(qiáng)混凝土疊合柱進(jìn)行軸壓試驗(yàn)，探討了鋼管含鋼率、縱筋配筋率、配箍率和截面形式對(duì)疊合柱承載力和延性的影響。

2005年，中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鋼管混凝土疊合柱結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(CECS 188:2005)[31]頒布，為鋼管混凝土疊合柱提供了更加廣闊的發(fā)展空間。之后，清華大學(xué)開展了對(duì)鋼管混凝土疊合柱的研究工作，聶建國(guó)[32]通過理論分析推導(dǎo)出鋼管內(nèi)外混凝土同時(shí)達(dá)到極限狀態(tài)下的臨界體積配箍率，將鋼管外混凝土配箍率對(duì)承載力的影響定量化。如果外圍混凝土配箍率小于臨界配箍率，那外圍混凝土?xí)捎诩s束不足首先破壞，導(dǎo)致疊合柱的極限承載力低于計(jì)算值，因此在設(shè)計(jì)中需要考慮內(nèi)部鋼管混凝土所占面積與外圍混凝土配箍率的關(guān)系，同時(shí)保證了構(gòu)件的安全性和材料最合理利用;錢稼茹和康洪震[33]對(duì)18個(gè)鋼管混凝土疊合柱進(jìn)行軸壓試驗(yàn)，并推導(dǎo)出軸心受壓承載力公式，計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果以及規(guī)程CECS188:2005給出的軸壓承載力計(jì)算公式吻合較好;錢稼茹和江棗[34]提出新的軸壓承載力計(jì)算公式，并對(duì)文獻(xiàn)[30]、文獻(xiàn)[32]、文獻(xiàn)[33]的34個(gè)鋼管混凝土疊合柱試件進(jìn)行計(jì)算，證實(shí)了公式的準(zhǔn)確性。

1.3 鋼管約束混凝土柱的研究進(jìn)展

1985 年，日本的 Tomii、Sakino和我國(guó)肖巖[35]提出了鋼管約束混凝土的概念，當(dāng)時(shí)稱之為“套管柱(Tubed Colum)”，在此后的十多年時(shí)間里，國(guó)外眾多學(xué)者(Sakino、Yoshihiro Orito、Prion、Lahlou、Aboutaha、O’Shea、Mei Hong、Peter、Amir Fam 等)對(duì)鋼管約束混凝土柱子的受力性能進(jìn)行了大量研究，主要研究了圓鋼管和方鋼管約束混凝土的軸壓、受彎、偏壓、壓彎力學(xué)性能和滯回性能，其中 Shea O[36]、Mei Hong[37]、Peter[38]分別給出了圓鋼管約束混凝土短柱的軸壓承載力公式。但是，在國(guó)內(nèi)，對(duì)鋼管約束混凝土的研究起步較晚，自進(jìn)入21世紀(jì)以來，國(guó)內(nèi)對(duì)鋼管約束混凝土的研究逐漸開展。

2004 年，肖巖[39－40]再次在國(guó)內(nèi)闡述鋼管約束混凝土的優(yōu)勢(shì)和發(fā)展前景，并對(duì)4個(gè)圓鋼管混凝土柱和2個(gè)方鋼管混凝土柱端部用鋼套管局部加勁進(jìn)行擬靜力試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，約束鋼管混凝土柱具有的良好的抗震延性。

韓林海等[41]對(duì)鋼管約束混凝土短柱進(jìn)行了軸壓和滯回性能試驗(yàn)，對(duì)長(zhǎng)柱和中長(zhǎng)柱進(jìn)行了軸壓和偏壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，鋼管約束混凝土的高軸壓比耗能性能依然很優(yōu)越。此后，韓林海課題組[42]又對(duì)鋼管混凝土—鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)(鋼筋環(huán)繞式)和鋼管約束混凝土—鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的滯回性能進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)后者比前者具有更好的滯回特性，產(chǎn)生這種情況的原因是鋼管約束混凝土節(jié)點(diǎn)的整體性比鋼筋環(huán)繞式鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)的好;同時(shí)，在一定范圍內(nèi)，增大軸力會(huì)提高鋼筋混凝土—鋼管約束混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的耗能能力。

周緒紅、張素梅、劉界鵬等[43]對(duì)鋼管約束混凝土展開大量的試驗(yàn)研究，對(duì)不同徑厚比(寬厚比)、剪跨比的圓鋼管和方鋼管混凝土短柱進(jìn)行了軸壓和低周往復(fù)加載試驗(yàn)，對(duì)其軸壓性能和滯回性能進(jìn)行了全面分析，建立了鋼管約束鋼筋混凝土和鋼管約束型鋼混凝土的設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，提出了合理的構(gòu)造措施，為鋼管約束混凝土組合柱的推廣應(yīng)用提供了理論依據(jù)和堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

肖建莊等[44]首次將鋼管約束用于再生混凝土中，對(duì)15個(gè)鋼管約束再生混凝土小圓柱(100 mm×100 mm×300 mm)進(jìn)行了軸壓受力性能試驗(yàn)和分析，研究結(jié)果表明，鋼管約束再生混凝土柱同鋼管約束普通混凝土柱相比，受力過程基本一致，承載力略低，但峰值應(yīng)變比約束普通混凝土柱的大，因此鋼管約束再生混凝土柱具有良好的變形能力;并根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)提出鋼管約束混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線表達(dá)式。陳宗平等[45]對(duì)33個(gè)圓鋼管和方鋼管約束再生混凝土試件進(jìn)行軸壓試驗(yàn)，并用兩種方法對(duì)鋼管約束再生混凝土的極限承載力進(jìn)行理論分析，提出鋼管約束混凝土的應(yīng)力—應(yīng)變曲線表達(dá)式。

張小東等[46]對(duì)大連中石油大廈外筒的鋼管約束鋼筋混凝土轉(zhuǎn)換短柱的1∶6縮尺模型進(jìn)行了抗震性能模擬試驗(yàn)，得到不同軸壓比、剪跨比短柱的滯回曲線和荷載—層間位移角曲線，結(jié)果顯示:鋼管約束鋼筋混凝土短柱具有良好的彈塑性層間變形能力和耗能能力，高軸壓比短柱依然可以具有良好的抗震性能。

肖良才[47]對(duì)18個(gè)高縱筋率鋼管約束混凝土柱的梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了軸壓力學(xué)性能試驗(yàn)，研究結(jié)果表明，對(duì)于圓鋼管約束混凝土，節(jié)點(diǎn)承載力比同參數(shù)短柱低，節(jié)點(diǎn)梁越多，節(jié)點(diǎn)承載力越高，節(jié)點(diǎn)梁有提高節(jié)點(diǎn)區(qū)軸壓承載力的作用;對(duì)于方鋼管約束混凝土，節(jié)點(diǎn)承載力與同參數(shù)短柱一致，加勁可顯著提高方鋼管對(duì)混凝土的約束效果，從而提高節(jié)點(diǎn)承載力;最終通過理論分析，肖良才提出鋼管約束混凝土結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)的軸壓承載力公式。

周緒紅等[48]對(duì)6個(gè)圓鋼管約束鋼筋混凝土梁柱水平加腋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行軸壓力學(xué)性能試驗(yàn)，提出了滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的圓鋼管約束混凝土梁柱水平加腋節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造措施和的軸壓承載力計(jì)算公式。

當(dāng)軸壓比較小時(shí)，普通鋼管混凝土柱的外圍鋼管與核心混凝土橫向變形幾乎同步，不能夠提供有效約束，大大降低了鋼材的使用效率;同時(shí)與普通鋼管混凝土不同，鋼管約束混凝土的外圍鋼管不承受縱向軸壓，只承受由于核心混凝土的縱向變形引起的很小的縱向摩擦力，避免了鋼管縱向屈曲對(duì)核心混凝土約束的不利影響?？偠灾?，鋼管約束混凝土具有更廣闊的發(fā)展前景。但是目前只在少數(shù)工程中得到應(yīng)用[49]，例如，大連體育館一層采用鋼管約束混凝土柱，大連中國(guó)石油大廈的框架柱和框架柱上部5層桁架筒斜柱采用鋼管約束混凝土。整體大規(guī)模使用鋼管約束混凝土的結(jié)構(gòu)卻少之又少，這種新型高效組合結(jié)構(gòu)的研究和應(yīng)用推廣還有許多工作要做。

2 鋼管—混凝土組合柱的研究展望

鋼管—混凝土組合柱作為鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)體系中的重要組成部分，在大跨、超高層建筑結(jié)構(gòu)中越來越發(fā)揮著無可替代的作用。隨著組合結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展，鋼與混凝土之間出現(xiàn)了各種不同的組合形式，例如中空夾層鋼管混凝土、鋼管約束勁性混凝土等，這些組合柱的研究重點(diǎn)集中在軸壓、偏壓、抗彎、抗震、耐火性等性能的試驗(yàn)研究上。同時(shí)，筆者認(rèn)為還需要對(duì)鋼管—混凝土組合柱從以下幾個(gè)方面進(jìn)行進(jìn)一步研究:

(1)對(duì)鋼管—混凝土組合柱在彎、剪、扭等復(fù)雜受力狀態(tài)下的力學(xué)性能進(jìn)行研究，提出各種不同組合柱在復(fù)雜受力狀態(tài)下的承載力計(jì)算方法;

(2)框架梁柱結(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)作為組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，越來越受到學(xué)者們的重視，但是由于組合梁與組合柱的多樣化，節(jié)點(diǎn)的組合形式也越來越多，因此對(duì)需要對(duì)鋼管—混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行大量力學(xué)性能試驗(yàn)，歸納形成節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一抗震設(shè)計(jì)方法和構(gòu)造措施;

(3)超高強(qiáng)混凝土在中國(guó)已經(jīng)配制成功并得到成功應(yīng)用[50]，試驗(yàn)[51－52]表明超高強(qiáng)混凝土柱在破壞時(shí)基本沒有下降段，程明顯的脆性，因此其力學(xué)特性與普通強(qiáng)度混凝土有很大差別，將鋼管—混凝土組合柱應(yīng)用到超高強(qiáng)混凝土中是解決超高強(qiáng)混凝土脆性問題的最佳方式，對(duì)鋼管－超高強(qiáng)混凝土組合柱的研究亟需開展;

(4)再生混凝土粗骨料的內(nèi)部微裂縫以及表面的水泥基團(tuán)使其本身存在內(nèi)部缺陷，安全性降低，導(dǎo)致再生混凝土的應(yīng)用范圍受到限制，基于對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，將再生混凝土應(yīng)用于鋼管—混凝土組合結(jié)構(gòu)中，能夠很好地解決再生混凝土應(yīng)用過程中存在的問題，鋼管—再生混凝土具有廣闊的發(fā)展前景。

3 結(jié)語

鋼管—混凝土組合柱具有良好的受力性、功能性、施工性和經(jīng)濟(jì)性，三種組合柱各有優(yōu)劣，能夠滿足不同的建筑和工程結(jié)構(gòu)要求。隨著超高層建筑、大跨橋梁、深海油田等重大土木工程結(jié)構(gòu)的興建，作為最重要承重構(gòu)件，鋼管—混凝土組合柱具有相當(dāng)廣闊的研究和應(yīng)用前景?，F(xiàn)代鋼管—混凝土組合柱在傳統(tǒng)的三種組合形式的基礎(chǔ)上，與型鋼混凝土柱和FRP混凝土柱優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，形成全面的組合柱發(fā)展新格局，為我國(guó)鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展注入了新的活力。

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