當(dāng)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和前景

劉暢　李虹慧　王成

摘要：歸納了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在工程領(lǐng)域的發(fā)展，優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用及發(fā)展前景。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)具有高承載力、低造價(jià)、良好的穩(wěn)定性、安全性、施工方便等特點(diǎn)，在特殊環(huán)境中也能保持較好的承載力和穩(wěn)定性，具有廣泛的發(fā)展前景，在將來會(huì)應(yīng)用的越來越廣泛。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土；發(fā)展歷程；結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)；結(jié)果應(yīng)用前景

一、引言

將素混凝土填充在鋼管中的材料結(jié)構(gòu)稱為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，通過這種方法可以有效的提高材料的力學(xué)性能，鋼管混凝土較鋼管材料和混凝土材料擁有更高的強(qiáng)度、穩(wěn)定性和耐久性，抗震性。原因在于外部鋼管對(duì)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(jià)便宜等特點(diǎn)，目前已經(jīng)在各工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但是這種技術(shù)任然有不完善之處，只有進(jìn)行更多相關(guān)領(lǐng)域的研究，它才會(huì)在日后的工程應(yīng)用中發(fā)揮其作用。

二、鋼管混凝土的發(fā)展歷程

（一）鋼管混凝土在國外的發(fā)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(jì)算出了圓鋼管混泥土柱的安全承載力公式。二戰(zhàn)以后美國、蘇聯(lián)、日本等國家開始戰(zhàn)后重建，開展了很大量的鋼管混凝土的探究和應(yīng)用。到了近現(xiàn)代，計(jì)算機(jī)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(fā)展。在一些發(fā)達(dá)國家進(jìn)行的實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)中證明了鋼管混凝土具有施工周期短、施工簡單，實(shí)用經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。繼而鋼管混凝土在單層、多層廠房和大跨結(jié)構(gòu)、橋梁中應(yīng)用也越來越廣泛，并且在研究和實(shí)踐的過程中制定了許多有關(guān)鋼管混凝土的設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范。

（二）鋼管混凝土在國內(nèi)的發(fā)展：

我國針對(duì)鋼管混凝土的起步于二十世紀(jì)六十年代，當(dāng)時(shí)鋼管混凝土主要運(yùn)用在廠房和地鐵的建設(shè)，到了七十年代后，才在冶金和造橋等領(lǐng)域得以發(fā)展，隨著大量的研究的進(jìn)行，各種規(guī)程規(guī)范的完善，鋼管混凝土運(yùn)用的領(lǐng)域采越來越廣。國內(nèi)許多學(xué)者對(duì)在鋼管混凝土的研究也做出了巨大的貢獻(xiàn)。鐘善桐教授帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)對(duì)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(tǒng)一理論”。目前我國已經(jīng)將鋼管混凝土成功應(yīng)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(jì)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(shù)的成熟和廣泛運(yùn)用給工程帶來了很大的方便，實(shí)際質(zhì)量也能保證。

三、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)

（一）高承載力，良好的塑性

當(dāng)鋼管中填充了混凝土?xí)r，鋼管和和混凝土構(gòu)成一種新的結(jié)構(gòu)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(duì)核心混凝土的約束很好的改善了混凝土的性能，又因?yàn)閮?nèi)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(cè)向位移，使其不易發(fā)生失穩(wěn)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(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)能較快地吸收熱量，承載力影響減小。在鋼結(jié)構(gòu)中，鋼的耐火性差，隨溫度升高，鋼結(jié)構(gòu)的承載能力及穩(wěn)定性越來越差，直至結(jié)構(gòu)破壞。鋼管混凝土在受到高溫時(shí)，內(nèi)部混凝土能吸收一部分熱量，讓鋼管溫度上升速率降低，內(nèi)部的混凝土也能提供一部分承載力，降低了對(duì)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(dòng)荷載或地震作用時(shí)，材料的抗變性能和延展性?；炷羻蜗蚴軌簳r(shí)容易向側(cè)向變形，變現(xiàn)為脆性，但在鋼管混凝土中處于三向受壓的狀態(tài)時(shí)，結(jié)構(gòu)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(fù)的荷載作用下，鋼管混泥土體現(xiàn)出了良好的抗震性能。

（四）降低成本

相比于全部使用鋼結(jié)構(gòu)，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(jié)省可人力成本。

四、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在國內(nèi)的應(yīng)用及前景

（一）鋼管混凝土結(jié)構(gòu)運(yùn)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(jié)構(gòu)中應(yīng)用的比較廣泛，拱橋承擔(dān)的壓力是軸向壓力，鋼管混凝土能更好的適應(yīng)軸向壓力的情況，所以在拱橋的施工建設(shè)中采用鋼管混凝土?xí)r比較理想的，延長了拱橋的使用壽命、增強(qiáng)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(yùn)用。

（二）鋼管混凝土結(jié)構(gòu)運(yùn)用于高層建筑

在高層建筑中，為了應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，如火災(zāi)、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(yùn)用也較多。例如：420.5m的海金茂大廈、330m的北京國貿(mào)大廈三期等高層建筑中都應(yīng)用了這種材料結(jié)構(gòu)。

（三）鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的前景

隨著社會(huì)和技術(shù)的發(fā)展，鋼管混凝土發(fā)展迅速，因其具有更高安全性、承載力、耐久性能，在未來會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。在技術(shù)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(shè)計(jì)過程中的疲勞性，殘余應(yīng)力需要研究，鋼管混凝土的整體穩(wěn)定性研究等。

五、結(jié)語

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

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