钢管混凝土柱论文精选(九篇)

第1篇：钢管混凝土柱论文范文

关键词：统一强度理论；碳纤维增强复合材料；方钢管混凝土；轴压短柱；极限承载力

中图分类号：TU375.3 文献标志码：A

0 引 言

钢管混凝土因具有三向受压混凝土抗压强度高的优点而越来越广泛地被应用于工业厂房、桥梁结构和超高层建筑结构中，取得了很好的力学及经济效果，虽然方钢管混凝土较截面面积和含钢率相同的圆钢管混凝土承载力有所降低[1]，但因其具有节点构造简单，便于梁柱连接，施工方便等优点[2]，在实际工程中得到了广泛的应用。混凝土的存在可以消除钢管的内凹，却不能避免其外凸，而且实际工程中还会遇到方钢管混凝土轻微受损或需要增加新功能的情况，这些都涉及到采取某种措施对方钢管混凝土进行约束、加固或修复的问题。近年来，碳纤维增强复合材料（CFRP）外包结构构件加固技术在各国已进行了大量的研究[3-4]，其优良的加固效果和便捷的施工工艺越来越多地受到人们的重视。由此出现的CFRP-圆钢管混凝土已经成为一个研究热点[5-6]，参照CFRP-圆钢管混凝土，笔者在方形钢管混凝土的外壁包裹CFRP以进一步改善其受力性能。利用CFRP约束钢管混凝土不仅提高了钢管混凝土的承载力、有效延缓了钢管的局部屈曲，且弥补了CFRP约束钢筋混凝土的延性不足[2]，考虑到CFRP直接粘贴在方柱（未经任何倒角）上的约束效果不理想[7]，因此本文研究对象为带倒圆角截面形式的CFRP-方钢管混凝土柱。目前关于CFRP-方钢管混凝土的研究相对较少，且主要为试验研究和数值模拟，王庆利等[2]对CFRP-方钢管混凝土轴压短柱进行了试验研究和有限元模拟，并提出了受约束混凝土的应力-应变表达式，刘洋[8]对CFRP-方钢管混凝土柱的压弯性能进行了试验研究，并分析了CFRP厚度、长细比和偏心率的大小等因素对承载力的影响，Choi等[9]提出一个简化模型分析不同参数下外贴CFRP对钢管混凝土的加强，Sundarraja等[10]研究了用条状CFRP加固方钢管混凝土轴压短柱的力学性能，并用钢管和混凝土各自承载力进行简单的叠加，不能真实反映钢管和混凝土的受力特性。本文充分考虑中间主应力的影响，根据统一强度理论与CFRP-方钢管混凝土的材料特点，引入了考虑厚度比ζ（ζ=tf/ts，tf为CFRP层厚度，对于采用CFRP条间隔粘贴加固的情况tf取其满铺时的平均厚度，ts为方钢管壁厚）影响的等效应力系数ξ，将方CFRP筒对内部钢管混凝土的约束等效为圆CFRP筒对钢管混凝土的约束。同时引入混凝土强度折减系数[11]和等效约束折减系数[12]，将内部方钢管混凝土轴压短柱等效为圆钢管混凝土轴压短柱，进而推导出CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力公式，与文献试验数据进行比较验证，并得出各参数对极限承载力的影响特性。

1 统一强度理论

统一强度理论是俞茂宏在双剪强度理论的基础上建立的一种考虑了中间主应力影响的计算准则，该理论采用一个统一的力学模型，可以十分灵活地适用于各种不同特性的材料，其表达式为[13]

F=σ1-α1+b（bσ2+σ3）=σs σ2≤σ1+ασ31+α

F′=11+b（σ1+bσ2）-ασ3=σs σ2≥σ1+ασ31+α

α=σsσc，b=（1+α）τs-σsσs-τs

（1）

式中：F，F′均为主应力强度理论函数；σ1，σ2，σ3为最大主应力、中间主应力和最小主应力；σs，σc，τs分别为材料的拉伸、压缩、剪切屈服强度；α为材料的拉压比，对于韧性金属材料一般为0.77～1.0，对于脆性金属材料为0.33～0.77，对于岩土类材料一般小于0.5；b为反映中间剪应力以及相应面上的正应力对材料破坏影响程度的参数，0≤b≤1。2 极限承载力分析

2.1 CFRP受力分析

CFRP-方钢管混凝土柱在轴向压力作用下，钢管混凝土的横向膨胀使CFRP布的水平段产生水平弯曲，并对方钢管混凝土提供约束力。另外，在方形截面的角部，CFRP布受到2个相互垂直方向的拉力作用，其合力形成对方钢管混凝土对角线方向的强约束，故方钢管混凝土承受的约束力是沿对角线的集中挤压力和沿边长分布均匀的横向力[14]。本文引入考虑厚度比ζ影响的等效应力系数ξ，将方CFRP筒对内部钢管混凝土的约束等效为圆CFRP筒对钢管混凝土的约束，并采用等效约束力frf来简化计算，计算简图如图1所示，其中B为方钢管的外边长，σr为混凝土所受的侧向压力，ff为CFRP应力，其原理是使简化后的均匀约束分布与原来的非均匀约束具有相同的约束效果。对文献[10]中的试验数据进行拟合（图2），得等效应力系数ξ与厚度比ζ的表达式为

对于采用CFRP条间隔粘贴加固的情况，由于CFRP粘贴的不均匀，可采用安全系数Fs=1.2对ξ进行折减[10]。

等效约束力frf的计算公式如下

frf=ξr

（3）

式中：r为平均约束应力，r=2tfff/B。

2.2 方钢管受力分析

CFRP-方钢管混凝土向CFRP-圆钢管混凝土面积相等转换时，由于方钢管对混凝土约束的不均匀，使得这种等代有困难。本文引入等效约束折减系数β [12]将方钢管对混凝土的约束转换为圆钢管对混凝土的约束，其值为

β=66.474 1v2-0.991 9v+0.416 18

（4）

式中：v为钢管的厚边比，v=ts/B。

方钢管对核心混凝土的等效均匀径向压力P可表示为

P=βPI

（5）

式中：PI为等效外圆钢管在径向压力作用下的塑性极限荷载。

根据统一强度理论，PI值为[15]

PI=σs1-α[（rcrc+ts）2（1+b）（α-1）2+2b-bα-1]=

σs1-α[（1+μ/2）2（1+b）（1-α）2+2b-bα-1]

（6）

式中：μ为含钢率；rc为等效圆钢管的内壁半径，rc=（B-2ts）/π。

由塑性力学的厚壁圆筒理论得[16]等效外圆钢管的纵向抗压强度σzp为

σzp=4（P+frf）r2c-frf（rc+ts）2（rc+ts）2-r2c=

4PIβ4μ+μ2-frf

（7）

2.3 核心混凝土的轴压强度

CFRP-方钢管混合筒对核心混凝土的约束分布很不均匀，角部混凝土受到的约束较强，边部中间管壁受到的约束作用较弱。根据Varma等[17]的研究，核心混凝土所受的约束可分为有效约束区和非有效约束区，分界线为抛物线，其约束模型见图3，其中，re为等效圆钢管的外壁半径，re=B/π。有效约束区混凝土2个方向的约束力相近，其应力状态与CFRP-圆钢管混凝土中的核心混凝土相似，而非有效约束区，垂直于表面的约束较小。

核心混凝土处于三向受压状态，0>σ1=σ2>σ3，满足式（1），代入得

σ1-ασ3=ft

（8）

式中：ft为混凝土抗拉强度，ft=2ccos（φ）1+sin（φ），φ为混凝土的内摩擦角，c为混凝土的内聚力。

令k=1+sin（φ）1-sin（φ），并按习惯一般取压为正、拉为负，得

σ3=fc+kσ1

（9）

式中：σ1=P+frf；fc为核心混凝土的单轴抗压强度，fc=2ccos（φ）1-sin（φ）。

鉴于CFRP-方钢管混合筒对核心混凝土的约束存在一定的困难，现有CFRP-方钢管混凝土的研究多是建立在试验基础上的。本文对核心混凝土不做有效约束区和非有效约束区的划分，而采用混凝土强度折减系数[11]γu=1.67D-0.112c来考虑非有效约束区侧向约束减弱的影响，其中Dc为等效圆钢管的内径。核心混凝土的纵向抗压强度fcc为

fcc=fc+γuk（P+frf）

（10）

2.4 极限承载力计算

由于CFRP布只能承受拉力而不能承受压力，所以CFRP-方钢管混凝土的极限承载力Nu为钢管和核心混凝土的纵向承载力之和，即

Nu=Asσzp+Acfcc

（11）

As=4ts（B-ts）

（12）

Ac=（B-2ts）2

（13）

式中：As，Ac分别为方钢管和核心混凝土的截面面积。

将式（3），（5），（7），（10），（12），（13）代入式（11）可得

Nu=4ts（B-ts）（4PIβ4μ+μ2-ξr）+

（B-2ts）2[fc+γuk（PIβ+ξr）]

（14）

当没有CFRP管，即r=0时，式（14）退化为方钢管混凝土轴压短柱承载力公式，即

Nu=4ts（B-ts）4PIβ4μ+μ2+

（B-2ts）2（fc+γukPIβ）

（15）

当ξ=β=γu=1时，对钢管和混凝土截面面积As，Ac和r分别做简单数学变换，则式（14）退化为CFRP-圆钢管混凝土轴压短柱承载力公式， 即

Nu=As（4PI4μ+μ2-r）+

Ac[fc+k（PI+r）]

（16）

在式（16）的基础上，令r=0，则式（14）退化为圆钢管混凝土轴压短柱承载力公式，即

Nu=As4PI4μ+μ2+Ac（fc+kPI）

（17）3 极限承载力的验证和影响因素分析

3.1 计算结果对比

大多数的钢材是有明显屈服点的，并且各向同性，因此在应用统一强度理论时取α=1，则统一强度理论就变为统一屈服准则，这时不同的b值就对应不同已知的屈服准则或还没有定义的新屈服准则。将α=1代入式（6）并求极限得

PI=limα1σs1-α[（1+μ/2）2（1+b）（1-α）2+2b-bα-1]=

2σs1+b2+bln（1+μ2）

（18）

将文献[2]，[15]，[18]，[19]中部分试验数据代入本文公式进行计算，并与其试验结果进行比较，结果见表1。

从表1可以看出，本文理论计算结果与试验结果吻合良好，验证了该理论公式的正确性，并且极限承载力Nu随着b的增加而增大，说明考虑参数b即中间剪应力以及相应面上的正应力对材料破坏的影响，可以更充分地发挥材料的强度潜能。当b=1时，统一强度理论退化为双剪应力屈服准则，这时本文计算值与试验值比值的平均值为0.981，方差为0.001，表明本文公式计算结果具有较高的精度。

3.2 影响因素分析

对于高强钢材，材料拉压比α将不再等于1。图4给出了试件B-1的极限承载力Nu随α，b的变化情况。从图4可以看出：当α一定时，Nu随着b的增加而增大；当b一定时，Nu随着α的增加而增大，说明当外钢管为高强度钢时考虑α的影响是有必要的。

对文献[2]中的数据进行分析，得出极限承载力Nu与CFRP粘贴层数、fc之间的关系，如图5所示。从图5可以看出，极限承载力Nu随着fc的增加而增加，且承载力的提高幅度取决于CFRP的厚度。粘贴1层时极限承载力平均提高63 kN，粘贴2层时极限承载力平均提高87 kN，粘贴3层时极限承载力平均提高105 kN，说明CFRP的约束效率随其厚度的增加而减

fc钢管厚边比v反映的是钢管的厚度和外边长的比值，厚边比不同会影响钢管对内部核心混凝土的约束，图6给出了文献[2]中试件A-1和B-1在其余条件均不变的情况下极限承载力Nu随厚边比v的变化情况。从图6可以看出，极限承载力Nu随着厚边比v的增大而显著增大，说明在构件外边长、CFRP和内部混凝土不变的情况下增大钢管的壁厚能显著提高构件的承载力。

4 结 语

（1）本文在统一强度理论的基础上推导出了CFRP-方钢管混凝土轴压短柱极限承载力的计算公式，并将理论计算结果与相关文献的试验结果做比较，验证了该公式的正确性，同时也说明了将CFRP-方钢管混凝土转化为CFRP-圆钢管混凝土的思路是可行的。

（2）CFRP-方钢管混凝土轴压短柱的极限承载力Nu随着α和b的增加而增大，说明考虑材料的拉压比α和参数b的影响是有必要的。由于CFRP筒的约束作用，方钢管混凝土柱的承载力得到较大幅度提高，承载力提高的幅值直接取决于CFRP的厚度。当钢管边长、CFRP和混凝土一定时，增大钢管的壁厚能显著提高构件的承载力。

（3）本文公式是考虑了各种影响因素的统一解，改变公式中参数就对应了不同的边界情况，CFRP-圆钢管混凝土轴压短柱承载力、圆形和方形截面钢管混凝土轴压短柱承载力都是本文结果的特例。

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第2篇：钢管混凝土柱论文范文

摘要: 由于钢管混凝土具有承载力高,耐腐蚀,便于施工等一系列优点,它在实际工程中的应用越来越多。从钢管混凝土柱工作原理、力学性能等方面,来显示钢管混凝土的优势。

关键词: 钢管混凝土柱; 钢筋混凝土柱;

Abstract: As a result of concrete filled steel tube with high capacity, corrosion resistance, convenient construction and a series of advantages, it application in practical engineering more and more. This paper from the concrete filled steel tubular column working principle, mechanical properties and other aspects, to show the advantages of concrete filled steel tube.

Key words: concrete filled steel tubular column; reinforced concrete column

钢管混凝土即在薄壁圆形钢管内填充混凝土，将两种不同性质的材料组合而形成的结构。它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程相互之间的组合作用，充分发挥这两种材料的优点，弥补彼此的缺点，因而具有良好地力学性能和经济性。在桥梁，工业厂房，高层建筑中的应用越来越广泛。

1、钢管混凝土的工作机理

钢管混凝土的基本原理：在钢管中填充混凝土，在力的作用下，混凝土对钢管有力的作用，但同时钢管约束了混凝土，使管内混凝土处于三向受压的应力状态，延缓其纵向微裂缝的发生和发展，从而提高其抗压强度和压缩变形能力。借助内填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，避免发生稳定性破坏，从而提高其承载能力。由于钢管和核心混凝土的相互作用，受力处于复杂状态，从而使混凝土的强度得以提高，塑性和韧性性能大为改善。

2、钢管混凝土的特点

2.1、承载力高

混凝土的抗压强度高，抗弯能力很弱；钢材具有很好的抗弯性能和弹塑性变形能力。钢管中填充混凝土，钢管对混凝土的约束，使得核心混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度。钢管混凝土柱的承载力大于同等条件下的钢管柱的承载力和混凝土柱的承载力。钢管混凝土柱相对于钢筋混凝土柱的承载力提高了很多。

某钢管混凝土结构中，有一钢管混凝土轴心受压短柱，柱长L=1200mm，钢管φ 600×8,Q345钢， f s = 310N / 。混凝土强度等级为C40， fc = 19.1N /

钢管面积As =π ( − ) = 14871.04

混凝土面积Ac =π ×= 267728.96

套箍指标θ = As f s /(Ac fc ) = 14871.04× 310 /(267728.96×19.1) =0.902

则该短柱的极限承载力N0 = Ac fc (1++θ ) = 267728.96×19.1(1+ +0.902 =14582.7 KN

若为钢筋混凝土柱：=7540*2=15080

=550*550-15080=287420=0.9ϕ fc A+ f y As = 0.9×1×(19.1×287420+ 310×15080) = 9148.07KN

钢管混凝土柱的承载力为普通混凝土柱的1.6倍，即钢管混凝土柱的承载力提高61%。

2.2、抗震性能优越

钢管混凝土柱中，钢管相当于纵向钢筋, 同时相当于横向箍筋, 核心混凝土对钢管有横向挤压力。同理，钢管约束了混凝土的横向变形，二者相互贡献，协同互补，使得二者共同作用大大提高。其M-φ滞回曲线表现较好的稳定，曲线图形饱满，耗能性能好。在地震力反复作用下, 普通钢筋混凝土柱的保护层可能大面积脱落，钢筋暴露在空气中，严重的会发生腐蚀，影响其力学性能。在实际工程中，也验证了这些性能的优越性。

2.3、耐火性能好

钢管内存在大量的混凝土, 混凝土的比热比钢材的比热大得多, 而钢材的导热系数却比混凝土大很多。所以发生火灾时, 钢管混凝土柱在吸热后, 一些热量会传给混凝土,混凝土吸收大量由钢管传来的热量，使得外包钢管升温滞后。钢管的承载力损失相对减小。同时，可保护核心混凝土不发生崩裂。一旦钢管部分屈服, 温度不高的混凝土依然可以承受大部分承载力, 可防止结构的倒塌, 使钢管混凝土的耐火时间增长,其防火性能比钢结构和钢筋混凝土结构更为优越。

2.4施工方便，工期大大缩短

钢筋混凝土结构的施工周期长，受气候的影响较大，并在工程中需要大量的脚手架和模板。钢管混凝土结构施工时, 钢管本身就是模板,可省去支模、拆模的工和料和人工费，也缩短了工期。 同时, 钢管本身就是钢筋, 它兼有纵向钢筋和横向箍筋的功能。，钢管混凝土结构的养护工艺比钢筋混凝土结构的养护工艺简化了许多。

2.5、经济效益

对一个工程来说，除了保证该工程的功能外，经济是衡量该工程的另一个标准。

取某一工程底层柱的最不利组合M=100KN*mN=50000KNL=4.3m

钢筋混凝土：混凝土C60，=27.5，=2.04

钢筋HRB400，=360

计算：n==50000KN/27.5*A≤0.8A≥2272727.27

B=h=1600mm A=2560000 e=767.7mm =0.499

=0.80 x=1248mm

﹤0

==4992

8根28mm==4926

钢管：：混凝土C60，=27.5，=2.04

钢材Q345，=310

1/D≤20D≥215mm 试取截面D=1200mmt=14mm

θ=*/=0.545

=**(1++θ)=67704.4KN＞50000KN

相比较：钢筋混凝土柱占用的面积为2560000

钢管混凝土柱占用的面积为1130400

钢管柱占用的面积是钢筋的44%。

近似计算其造价：

钢管混凝土柱：0.25*π*（-）*7.85=0.409

0.409*4000*4.3=7034.8元

0.25*π**392*4.3=1817.1元

总共为8851.9元

钢筋混凝土柱：1.6*1.6*392*4.3=4315.1元

1.6*1.6*1.5%*7.85*3800*4.3=4925.53元

4925.53*1.8/1.5=5910.6

总共为15151.23元

钢管混凝土柱能节约近42%。这其中还未考虑模板，施工工期等因素，由此可见钢管混凝土的经济性好于钢筋混凝土。

3、钢管混凝土的待研究问题

高强度材料的应用

节点的动力力学性能研究

薄壁钢管混凝土的研究

钢管混凝土框架的整体研究

钢管混凝土的剪切研究

再生混凝土钢管的研究

新型组合结构的可靠性研究

然而，对于钢管混凝土没有统一的计算公式，只是适应某种特定的条件下的计算，对这些理论的研究也迫在眉睫。相对于其他结构，钢管混凝土结构的研究还不充分，尤其是结构的体系研究和动力性能方面。对这些问题还有待进一步研究。

4、结论

在高层建筑中钢管混凝土柱的优越性愈来愈突出．可以节约大量混凝土和钢材，可以降低柱子造价，增加了有效使用面积，缩短工期，获得很大的经济效益。相信随着钢管混凝土理论研究的完善，钢管混凝土结构的应用在日常生活中越来越广泛。

参考文献

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第3篇：钢管混凝土柱论文范文

关键词:再生混凝土;钢管再生混凝土结构;钢管混凝土结构;

0 引言

随着全球可持续发展战略的提出,各国都在研究和开发可再生能源,以达到保护环境、节约天然资源等目的。废弃混凝土块经破碎、清洗和分级后,按一定的比例与级配混和形成再生骨料,部分或全部代替天然砂子或石子等配置而成的新混凝土称之为再生骨料混凝土(简称再生混凝土)[1]。再生混凝土是一种绿色混凝土,符合可持续发展战略。因此,对废弃混凝土再生利用的研究已成为许多国家的前沿课题。国内研究人员也已经对再生混凝土骨料和再生混凝土的力学特性进行了深入的研究[2]。钢管再生混凝土结构可促进再生混凝土在土木建筑结构中的应用和发展,为废弃混凝土资源化提供一条有效的途径。并研究提高再生混凝土的工作性能,使其满足在实际工程中推广应用的相关要求,以及对钢管再生混凝土短柱的轴心受压力学性能进行分析比较,力求对以后钢管再生混凝土规范的推出提出一些数据参考

1、钢管再生混凝土的发展状况

再生混凝土在我国的发展时间的限制,钢管再生混凝土的研究发展在目前来看极其的有限。杨有福等[3]在《钢管再生混凝土轴压短柱力学性能初探》采用直焊缝圆钢管再生混凝土进行了研究。结论表明:1)钢管再生混凝土与钢管混凝土轴压短柱的荷载一变形关系曲线相类似,纤维模型法同样适用于钢管再生混凝土。2)钢管再生混凝土的强度承载力低于钢管混凝土的强度承载力,并且随着骨料取代率的增加而有降低的趋势,这主要是因为随着骨料取代率的增加,再生混凝土的强度逐渐低于普通混凝土。本文主要对无缝钢管再生混凝土轴压短柱的力学性能进行了进一步的研究。

福州大学的杨有福[4]在确定钢材与核心再生混凝土本构关系模型的基础上,采用数值方法对钢管再生混凝土轴心受压、纯弯曲和压弯构件的荷载-变形全过程关系曲线进行模拟,对此类构件的力学性能进行研究,理论分析结果与试验结果非常吻合。最后在参数分析结果的基础上,提出钢管再生混凝土压弯构件承载力的简化计算公式。为了考察钢管再生混凝土构件在一次加载下的静力性能,课题组完成了56个试件的试验研究,同时进行了钢管普通混凝土试件的对比试验。研究结果表明,钢管再生混凝土试件与相应钢管普通混凝土试件的荷载-变形关系曲线类似;但钢管再生混凝土试件的承载力和刚度均低于相应钢管普通混凝土试件。这主要是因为再生混凝土的强度和弹性模量均低于相同配合比的普通混凝土。

本课题组的试验结果表明,将再生混凝土灌入钢管,可有效改善再生混凝土的力学性能,同时由于钢管和再生混凝土之间的组合作用,使得钢管再生混凝土构件的下降段趋于平缓,延性和耗能能力有较大的提高,但是随着再生粗骨料取代率的提高,仍存在弹性模量逐渐降低,峰值应变增大的特点。在确定钢材和核心再生混凝土的应力-应变关系模型的基础上,采用纤维模型法和有限元法对钢管再生混凝土轴压短柱、纯弯构件和压弯构件的荷载-变形关系曲线进行了计算分析。总体上,两种数值方法的计算结果均与试验结果吻合较好。采用纤维模型法对钢管再生混凝土压弯构件的力学指标进行了大规模的参数分析,并提出了钢管再生混凝土轴压短柱、纯弯构件和压弯构件承载力的简化计算公式,公式的计算结果与试验结果均吻合较好,且总体偏于安全。本文的研究成果可为有关工程实践提供参考。

2、钢管混凝土及钢管再生混凝土的基本概念

钢管混凝土即为将混凝土灌注入钢管,形成的具有再生混凝土三向受力结构。钢管混凝土除了具有一般套箍混凝土的强度高、质量轻、塑性好、耐疲劳、耐冲击等优越的力学性能外,还具有以下一些在施工工艺方面的独特优点:

1.钢管本身就是侧压模板,因而浇混凝土时,可省去支模板;

2.钢管本身就是钢筋,兼有纵向钢筋和横向钢筋的功能;

3.钢管本身又是劲性承重骨架,在施工阶段它可起劲性钢骨架的作用。

钢管混凝土也是在高层建筑和大跨度桥梁中应用高强混凝土的一种最有效和最经济的结构形式。其原因有以下几个方面:

1.钢管对核心混凝土的套箍作用,能有效的克服高强混凝土的脆性;

2.钢管内无钢筋骨架,便于浇灌高强混凝土,而且因有钢管分隔,与管外楼盖梁板结构的普通混凝土互不干扰,无交错浇灌的麻烦;

3.钢管外面无混凝土保护层,能充分发挥高强混凝土的承载能力。

钢管再生混凝土即为将再生混凝土灌注入钢管,形成的具有再生混凝土三向受力的钢管混凝土[5]。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用,即钢管对混凝土的约束作用使混凝土处于复杂应力状态之下,从而使混凝土的强度得以提高,塑性和韧性性能大为改善。同时,由于混凝土的存在可以避免或延缓钢管发生局部屈曲,保证其材料性能的充分发挥。

3、钢管混凝土柱的特性

钢管混凝土柱是将混凝土注入封闭的薄壁钢管内形成的钢-混凝土组合构件。钢管混凝土柱可以充分发挥钢管与混凝土两种材料的优势,对混凝土来讲,混凝土受到钢管横向约束而处于三向受压状态,从而使管内混凝土有更高的抗压强度和变形能力。对钢管来讲,由于钢管壁较薄,在受压状态下容易局部或整体失稳而不能充分发挥其强度,填入混凝土后,大大增强了钢管壁的稳定性,使其强度潜力可得到充分利用。因此钢管混凝土柱具有强度高、重量轻、塑性好、耐疲劳、耐冲击等优点[6]。由于钢管能对混凝土提供连续的约束,且钢管具有很大的抗剪和抗扭能力,故可以有效地克服高强混凝土脆性大、延性差的弱点,使高强混凝土的工程应用得以实现,经济效果得以充分发挥。

4、结论:

(1)钢管再生混凝土构件的力学性能和钢管混凝土构件的力学性能有很多相似之处。

(2)再生混凝土在钢管中的应用弥补了再生混凝土结构性能上的不足,使二者都能充分的发挥潜力。同时又有利于环保,在生态方面也有很大的意义。

(3)为再生混凝土在结构上的应用提供了广阔的空间。再生钢管混凝土短柱的研究很有必要,还有许多工作需要进一步展开。

参考文献:

[1] 刘数华,冷发光.再生混凝土技术[M].北京:中国建材工业出版社, 2007

[2] 肖建庄,李佳彬,兰阳.再生混凝土技术研究最新进展与评述.混凝土, 2003(10): 17-20

[3] 吴凤英,杨有福 钢管再生混凝土轴压短柱力学性能初探 福州大学学报(自然科学版),Vol.33 Supp.Oct.2005

[4] 杨有福. 钢管再生混凝土构件荷载-变形关系的理论分析[J].工业建筑,2007,37(12):1-6.

第4篇：钢管混凝土柱论文范文

关键词:钢管混凝土结构;优势；应用

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：

随着社会经济的迅速发展和城市化进程的加快, 高层建筑尤其是一些超高层建筑日趋增多。钢与混凝土组合结构之一的钢管混凝土，因其承载力高、刚度大且抗震性能好、节约钢材和施工简捷等突出优点，在高层和超高层、公共及大型桥梁等建筑得到了日益广泛的应用。

钢管混凝土结构特点及优势

钢管混凝土在高层建筑工程中，主要是作为受压管柱的建筑构件使用，与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。 钢管砼柱因其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。实验和理论分析证明，钢管混凝土在轴向压力作用下，钢管的轴向和径向受压而环向受拉，混凝土则三向皆受压，钢管和混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的混凝土抗压强度大大提高，同时塑性增大，其物理性能上发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料。正是这种结构力学性质的根本变化，决定了钢管砼的基本性能和特点，并作为新型的第五种建筑组合结构显示出巨大的生命力和发展前景。钢管砼的特征与优势如下：

1、钢管砼柱的抗压和抗剪承载力高，相当于钢管和混凝土二者之和的2倍以上，受力合理,能充分发挥混凝土与钢材的特长,从而使构件的承载能力大大提高。从另一方面而言,对于同样的负荷,钢管混凝土构件的断面将比钢筋混凝土构件显著减小。对混凝土来说,由于钢管约束,改变了受力性能,变单向受压为三向受压,使混凝土抗压强度提高了几倍。对钢管来说,薄壁钢构件对于局部缺陷特别敏感。薄壁钢管也不例外,局部缺陷特别是不对称缺陷的存在,将使实际的稳定承载力比理论值小得多。由于混凝土充填了钢管,保证了薄壁钢管的局部稳定,使其弱点得到了弥补。2、柱子截面减小，自重减小，相当于设防烈度下降一级，具有良好的抗震性能。由于结构自重大大减轻,这对减小地震作用大为有利。结构具有良好的延性,这在抗震设计中是极为重要的。而对于一般钢筋混凝土柱,尤其是轴压和小偏心受压柱是难以克服的缺点。

3、钢管壁薄便于选材、制造与现场焊接，是施工最为快捷的建筑结构，施工简单,缩短工期。钢管本身就是模板,因此比钢筋混凝土构件省去了模板。钢管本身既是纵筋又是箍筋,这样便省去了模板的制作安装工作。钢管的制作比钢筋骨架的制作安装也简单,并且钢管本身在施工阶段即可作为承重骨架,可以节省脚手架。这些方面对施工都大为有利,不仅节省了大量施工中的材料,减少了施工工作量,而且大大减少了现场露天工作,改善了工作条件,同时也加快了施工、缩短工期。 4、钢管砼柱内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性优于钢柱，从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上。此外具有良好的塑性性能。混凝土是脆性材料,混凝土的破坏具有明显的脆性性质,即使是钢筋混凝土受压构件,尤其是轴心受压及小偏心受压构件的破坏,也是脆性破坏。而且在实际工程中轴心受压、小偏心受压的情况往往实际上是不可避免的,甚至是大量的。而钢管混凝土结构中,由于核心混凝土是处于三向约束状态,约束混凝土与普通混凝土不同,不仅改善了使用阶段的弹性性质,而且在破坏时产生很大的塑性变形,钢管混凝土柱的破坏,完全没有脆性特征,属于塑性破坏。

5、钢管混凝土获得了很好的经济效果。钢管混凝土柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上，轮廓尺寸也比钢柱小，扩大了建筑物的使用空间和面积。与钢结构相比,节约了大量钢材，因而相应地也降低了造价。与钢筋混凝土结构相比,大约可减少混凝土量的一半,而用钢量大致相当。这样随之带来的优越性是构件自身大大减轻、构件断面大大减小,减少了结构占地面积。由于省去了大量的模板,节省了大量木材,降低了费用, 钢管砼柱自重减少，减轻了地基承受的荷载，相应降低了地基基础造价，因此其取得了显著的经济效果。

二、钢管混凝土在工程中应用及效益

近年来，钢管混凝土结构的施工技术也在迅猛发展，涌现出很多新的施工工艺和施工方法，使钢管混凝土结构广泛应用于各种大型建筑工程和交通运输工程中，取得了较好的经济和社会效益。 1、高层建筑工程。据有关资料，达百米和超过百米的钢管砼结构的高层建筑已有20多座。其中最高的是深圳72层的赛格广场大厦，结构高度291.6米，堪称世界之最。这些高层建筑中采用钢管混凝土柱不仅节约材料、减轻自重、缩短工期，经济效益显著。 2、 公共建筑、工业厂房及大跨度桥梁工程 。例如南宁青秀山高尔夫俱乐部打习馆改扩建工程，项目位于青秀山风景区，拟在改造原有主体框架的同时扩建二层的办公用房。由于打习馆已投入使用，在改、扩建施工的过程中应尽量减少对原有建筑已使用部分的影响，缩短工期，同时配合整个建筑物的立面造型及风格，经多方分析比较，决定在扩建工程中采用钢-混凝土组合结构，并采取一定的施工措施，充分利用组合结构的优越性，取得了良好的技术经济效益。钢管混凝土已经被广泛地应用于拱桥结构中，也开始应用于斜拉桥结构中。 在拱桥结构中，钢管混凝土构件主要用来承受轴向压力。拱桥的跨度很大时，拱肋将承受很大的轴向压力，采用钢管混凝土构件是非常合理的。另外，钢管可以做为桥梁安装架设阶段的劲性骨架和灌注混凝土的模板。因此，钢管混凝土被认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的复合结构材料。

近年来，在斜拉桥和梁式桥中也开始采用钢管混凝土结构，同样取得了良好的经济效益。例如，广东南海市紫洞大桥、湖北秭归县向家坝大桥和四川万县万洲大桥都采用了钢管混凝土空间桁架组合梁式结构，减轻了结构恒载，提了结构承载力利用系数，同时采用与之相适应的、合理的施工工艺，简化了施工程序，减少了施工设备，加快了施工进度，降低了工程造价。钢管混凝土空间桁架组合梁式结构适用于多种桥型，如系杆拱桥结构、特大跨径斜拉桥结构、特大跨径悬索桥结构等，推广其应用必将带来显著的经济效益和社会效益。

此外，钢管混凝土结构也经常用于各种设备支架、塔架、通廊与仓库支柱等各种构筑物中。北京地铁车站站台柱。在北京地铁车站站台中广泛采用了钢管混凝土柱,不仅充分发挥了其优良的受力性能,也获得美好的景观,缩短了工期。江西省体育馆的屋盖由跨度为88m的拱悬挂。拱采用箱形截面,分别用四根钢管置于箱形截面的四角,用角钢做腹杆组成了箱形截面拱。四角钢管中浇筑混凝土,以此箱形拱为依托,挂上模板,浇灌混凝土以形成钢筋混凝土箱形截面拱。这样解决了如此高大拱体现场浇筑混凝土的困难。充分体现了前述钢管可作为施工时承重骨架的优越性。这一结构,实际上是钢管混凝土与空腹桁架配钢的型钢混凝土结构的巧妙结合与新的发展。

第5篇：钢管混凝土柱论文范文

关键词：钢管混凝土；抗震性能

Abstract: this article briefly discusses the steel tube concrete component, beam-column joints, space truss dynamic performance and the frame structure research conclusion, and puts forward the problems to be solved.

Keywords: steel tube concrete; Seismic performance

中图分类号：TU399文献标识码：A

自上世纪八十年代后期开始，钢管混凝土逐渐用于高层建筑中，从局部采用到整体采用，发展十分迅速，是因为它具有一系列的优点：承载力高，抗压和抗剪性能好，可以减小柱的截面尺寸，节约建筑材料，增加建筑空间；塑性和韧性好，抗震性能优越，延性好，耐火性能好；钢管取材容易，制作工厂化，施工安装方便，符合现代化施工技术的要求。

在发生地震时，由于钢管的约束作用，混凝土不发生剥落或崩裂，使混凝土优越的抗压性能得以充分发挥，同时钢管本身又具有良好的抗拉性能，因此钢管混凝土具有很好的抗震性能。为了使钢管混凝土能够安全可靠的用于高层建筑，必须对其抗震性能进行全面深入的研究。

1 钢管混凝土构件在反复荷载作用下的和滞回性能和延性[1]

当钢管混凝土构件用于地震区的建筑物时，为了防止建筑物受到地震作用的破坏，需进行抗震设计规范中规定的结构弹塑性地震反应分析。因此，研究钢管混凝土构件的滞回性能，确定滞回曲线模型，作为结构弹性地震反应分析的基础。

研究构件在反复荷载作用下的滞回性能，一般在框架体系中取出一根柱子，两端固定，在上端受定值N轴心力和反复水平力P的作用，然后取出下半根柱子，在N和P的作用下，进行试验，以获得和滞回曲线。

钢材的本构关系采用双线型模型，近似的模拟了钢材的弹塑性阶段，把塑性阶段和强化阶段简化为一条斜直线。混凝土的本构关系采用边界面模型，根据此模型，对混凝土在各种荷载作用下的荷载-应变关系做了计算比较，和试验结果吻合良好。

根据有限元方法，单元采用八节点等参单元，采用位移加载法，对构件进行试验和分析得到的典型骨架曲线和滞回曲线，无下降段，曲率延性极好，从这一点看，钢管混凝土构件的抗震性能胜过钢结构。滞回曲线很饱满，位移延性和耗能性能都很好。

2 钢管混凝土框架梁柱节点的抗震性能

钢管混凝土结构的梁柱连接节点形式主要有外加强环式、内隔板式、全焊接连接、栓焊混合连接和锚定式连接等。

哈尔滨工业大学张大旭[2]等对加强环式节点进行了试验研究，其设计了两组梁柱节点，一组考察了梁端发生破坏时节点的动力性能，另一组考察在削弱核心区情况下节点核心区发生破坏时节点的动力性能，试验结果表明钢管混凝土梁柱节点具有较高的抗剪承载力和良好的抗震性能。

山东建筑工程学院周学军和曲慧[3]对栓焊混合连接和全焊接连接在低周往复荷载作用下的抗震性能进行了试验研究，通过三维实体建模，利用非线性有限元方法研究了两种节点的滞回性能，并对两种节点形式的抗震性能进行了比较，结果表明全焊接和栓焊混合连接的方钢管混凝土框架梁柱节点在低周往复荷载作用下的滞回环相当饱满，节点的耗能比和延性系数都较大；全焊接连接节点的抗震性能优于栓焊混合连接节点的抗震性能。

内隔板式节点是钢管混凝土体系中研究和应用最广泛的节点形式之一。西安建筑科技大学王先铁[4]等通过低周反复加载试验对3个内隔板一面贯通式节点进行了试验研究，研究了不同轴压比情况下节点的滞回性能、强度及刚度退化、延性、耗能性能及破坏特征。试验结果表明试件的层间位移延性系数为2.11~2.32，峰值荷载时的能量耗散系数为1.141~1.502。在保证节点加工质量的前提下，内隔板一边贯通方钢管混凝土柱与H形钢梁连接节点可以替代传统的内隔板式节点。

3 钢管混凝土空间桁架的动力性能

到目前为止，很多钢结构高层建筑都采用整浇的钢筋混凝土内筒来抵抗地震作用和风荷载。这种混合结构体系虽具有节约钢材，造价较低的优点，但也存在一些问题：1）钢筋混凝土内筒和钢框架的抗弯刚度相差悬殊，在风荷载与地震作用下抗弯时，不能满足平截面假设：为此，必须沿高度设置一定数量的刚伸臂，既浪费钢材，又增加了结构的复杂性。2）在强大的侧向荷载作用下，内筒难免开裂，刚度将迅速下降的这一问题尚无足够的研究。3）内筒必须从基础开始，自下而上现场浇灌混凝土，致使地下室部分工程不能采用全逆作法施工，常成为高层建筑施工进度的滞后部分，影响建造速度；4）内筒自重很大，增加了基础的负担，提高了工程造价。

钟善桐，张文福，屠永清[1]等结合工程进行了一个模型试验，中心为8根钢管混凝土柱组成的空间桁架体系内筒，每两根钢管混凝土柱加横杆组成的平腹杆多层框架，共4片；再用人字形斜腹杆缀材将4片多层框架相连，组成8边形空间体系，实际上是混合结构体系，由框架及桁架体系组成。对该体系进行的伪动力试验，结论如下：钢管混凝土空间析架，虽然因灌注混凝土增大了质量，但阻尼增大更多，因而地震反应反而比空钢管体系低；滞回曲线饱满，反映具有良好的延性和吸能能力；滞回曲线稳定性好，无明显的刚度退化现象；即使体系中的桁架腹杆，大批的压屈和屈服而退出工作，剩下的框架体系仍能继续承受几乎增加一倍的水平荷载。由此可见，采用钢管混凝配合空间桁架作抗侧力内筒，具有良好的抗震性能。

4 钢管混凝土框架结构的抗震性能

广州大学工程结构抗震中心黄襄云[5]等分别将试验模型的钢管混凝土框架结构的钢管柱按等强度（EA相等）换算为钢筋混凝土结构，换算后的钢筋混凝土柱的直径为（164mm）；按等刚度（El相等）换算为钢筋混凝土结构，换算后的钢筋混凝土柱的直径为144mm；等直径换算后的直径仍为102mm。通过SAP2000程序，对钢管混凝土结构和上述3种换算的钢筋混凝土结构的抗震性能进行了比较研究，以综合评定钢管混凝土结构的抗震性能。

从理论上分析比较了两种结构的动力特性、多种地震波输入下的结构加速度反应和位移反应，得到如下的结论：当钢筋混凝上结构的抗弯刚度与钢管混凝土的相等时，此时钢管混凝上结构柱承担的轴向压力比钢筋混凝上结构的大，两种结构的地震反应剪力和位移基本相同，但钢管混凝土结构体系的反应加速度较小，层间位移也较小，钢管混凝上结构体系的抗震性能优于钢筋混凝土结构体系。

当钢筋混凝土结构的强度与钢管混凝上的相等时，钢筋混凝土结构承担的轴向压力与钢管混凝土结构的相同、直径却是后者1.61倍，钢管混凝土结构体系地震反应加速度和剪力均比钢筋混凝土结构减小许多，但钢管混凝上结构体系的位移和层间位移却有所增大、但小于等刚度换算时的层间位移值。

当钢筋混凝土结构柱的直径等于钢管混凝土结构的直径时，两者的地震反应加速度接近相等，钢管混凝上柱结构的剪力、位移和层间位移均比钢筋混凝土结构的小，钢管混凝土结构的抗震性能明显优于钢筋棍凝土结构。此时，钢筋混凝上结构的层间位移和结构顶点位移均达到或超过了限值。

5 结论

综上所述，钢管和混凝土之间的相互作用使内填混凝土的破坏由脆性变为塑性，构件的延性明显改善，耗能能力显著提高。在压弯反复荷载作用下，钢管混凝土结构的吸能性能好，基本无刚度退化和强度衰减现象，与不发生局部失稳的钢构件基本相同，且无局部屈曲发生。与钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱的自重大幅度减小，地震作用引起的地震反应也将减小。高层建筑中采用钢管混凝土柱和钢梁等结构体系比采用钢筋混凝土结构自重可以减少1/3-1/2，地震作用可以减小一半，相当于设防烈度下降一度。

有待解决的问题：

1）钢管混凝土柱节点力学性能的研究问题。至今仍没有一套完整的计算理论和设计方法，现有大多数是依靠经验和试验结果进行截面设计的，这不利于结构的可靠度控制。

2）环境温度对钢管混凝土性能的影响问题。如何确定钢管混凝土构件在火灾、均匀或非均匀升温下的力学性能的影响，并将这种影响引入其强度和温度挠度的量化公式中。

3）核心混凝土的徐变对钢管混凝土承载力的影响问题，各国学者对该问题的看法很不一致，至今仍处于试验阶段。为确保钢管混凝土结构的安全使用，有必要进行深入的研究。

参考文献：

[1] 钟善桐，张文福，屠永清，等．钢管混凝土抗震性能的研究[J]．建筑钢结构进展，2002，4（2）：3-15．

[2] Beute J，Thambriatnam D，Perera N．Cyclic behaviore of concrete filled steel tubular column to steel beam connection[J]．Engineering Structure，2002，24：29-38．

[3] 周学军，曲慧．方钢管混凝土框架节点在低周往复荷载作用下的抗震性能研究[J]．土木工程学报，2006，39（1）：38-42．

第6篇：钢管混凝土柱论文范文

目前国内超高层均大量采用大截面钢管混凝土柱，并且在不同部位设置水平横隔板，故钢管混凝土柱大体积混凝土浇筑质量、均匀性，特别是横隔板部位混凝土的密实性，以及混凝土终凝后与钢管内壁和外壁之间的粘结性能对大截面钢管混凝土柱的承载力和延性等力学性能具有重要影响。混凝土质量以及界面粘结性能的损伤和缺陷的存在对结构性能造成负面影响，必须采取新手段对钢管混凝土柱中混凝土的浇筑质量以及钢管混凝土柱钢管与混凝土的粘结性能进行必要的监测与评估。笔者通过在长沙市天心区保利国际广场项目上应用压电应力波测量和压电机电耦合阻抗测量的监测方法有效地解决了钢管混凝土柱界面与混凝土质量检测的难题。

【关键词】

超高层建筑、钢管混凝土柱、混凝土质量检测方法。

中图分类号： TU208 文献标识码： A

一、项目概况和背景

保利国际中心（B3栋）为保利国际广场中的超甲级写字楼，它耸立于长沙市南湖路与湘江大道交汇处，与橘子洲头雕像正对。建筑效果图如图1.1所示。该工程的建筑物主体结构设计使用年限为50年。塔楼标高+0.000（绝对标高40.600米）以上采用混合框架-钢筋混凝土核心筒-伸臂体系，其中梁以H型钢梁为主，柱由方钢管混凝土为主，角部为8个圆钢管混凝土柱，核心筒区域外楼面采用钢筋桁架楼承板组合楼板；标高+0.000以下采用混合框架-钢筋混凝土核心筒结构体系，其中梁为混凝土梁，柱变成型钢混凝土柱（其中方钢管混凝土柱变成十字形截面柱，圆钢管混凝土柱变成圆钢管混凝土组合柱）。楼板均为混凝土楼板。剪力墙和柱在标高+88.950以下采用C60混凝土，+173.550以下采用C50混凝土，+173.550以上采用C40混凝土浇筑。不同标高位置钢管混凝土柱平面布置示意图如图1.2-1.4。

图1.1 塔楼效果图

图1.2 塔楼标高+0.000以下框架柱平面示意图

图1.3 塔楼标高+0.000~119.230框架柱平面示意图

图1.4 塔楼标高119.230以上框架柱平面示意图

二、监测主要方法选择

2.1基于压电应力波测量的监测方法

本工程的监测过程采用32通道比利时进口LMS-SCM05振动测试分析集成系统。该系统自带信号发生功能，可以产生高频激励信号，并且各通道间完全独立高频采样。该系统可以产生简谐信号、扫频信号、随机信号以及触发信号等各种类型信号，可用于直接驱动压电功能块，在混凝土内部产生应力波。同时，该系统具有高效、稳定的采样能力，其最大采样频率可达100KHz，能有效的采集到压电传感器以及压电功能块接收到的高频信号。而且该系统配备有功能强大的数据分析系统，其LMS Test.Lab Time Recording Add-in模块具有时间历程记录功能，并与特征数据采集、阶次跟踪分析、谱采集或实时倍频程保持同步。记录的时间数据可利用Test.Lab特征数据通程处理模块做进一步的后处理。该系统集发出信号、采集信号以及后处理分析信号于一身，极大地满足了本次监测的需要。如图2.1所示。

图2.1 现场测试状况以及比利时LMS测试系统

2.2基于压电机电耦合阻抗测量的检测方法

在机电耦合阻抗法中，通过测量粘帖于钢管外壁的压电智能材料与钢管壁所构成的机电耦合系统的机电阻抗来评估界面性能，其测量原理见图2.2。图2.3表示的是用于测量机电阻抗的宽频带惠普阻抗分析仪以及一个带模拟界面剥离的钢管混凝土构件。运用机电阻抗测量法对此带模拟界面剥离的钢管混凝土构件的剥离状况进行了监测。图2.4显示的是界面完好与剥离区域的压电智能材料的阻抗测量结果的比较以及多定义的界面损伤指标。实验结果表明，基于机电阻抗测量可以很好识别出钢管混凝土构件中无法观测到的界面剥离损伤。根据试验构件的性能选取相应频段，分别测量了界面损伤发生前后的阻抗值，通过比较阻抗峰值的偏移和峰值对应频率的变化，有效的识别结构的损伤。基于阻抗的方法能够有效地反映局部损伤，由于其测量频率较高，因此对初始微小损伤比较敏感。

图2.2 基于压电陶瓷的机电阻抗测量原理

图2.3 带模拟界面剥离的钢管混凝土构件以及阻抗测量装置

图2.4 界面完好与剥离区域的比较以及界面损伤指标

此方法主要针对钢管混凝土柱的柱身在易于出现混凝土缺陷和界面缺陷的部位进行抽样检测，重点关注关键部位混凝土浇筑质量、横向加劲板以下范围钢管壁与核心混凝土的界面粘结状态。

三 、钢管混凝土构件监测

利用两种监测方法对浇筑后的钢管混凝土柱中最易于发生核心混凝土缺陷以及核心混凝土与钢管内壁和横隔板下表面界面缺陷的部位进行检测，重点关注横隔板下部位内部核心混凝土完整性、核心混凝土与钢管内壁的界面粘结状态。

（1）对于基于应力波的检测，采用一发一收以及一发多收的方式进行。通过对应力波传递距离相等的一组传感器的输出信号的分析来对核心混凝土的完整性以及界面状态进行评价。

（2）对于压电耦合阻抗法，采用对粘帖在钢管外壁的压电陶瓷片或者嵌入式压电功能块的机电耦合阻抗测量对界面粘结性能进行监测与评价。

3.1 监测对象以及测点布置

为了实现以上监测目的，采用应力波法和压电耦合阻抗法两种方法相结合的方法，将在标高+0.000以上塔楼B3栋周边的每层24根Q345B钢管混凝土柱中的选择关键截面进行抽样检测，采用技术压电功能块、压电传感器（PZT）进行。

图3.1方形钢管柱横截面及立面示意图

图3.2 圆形钢管柱横截面及立面示意图

标高+0.000以上高235.5米，共50层，钢柱采用自密实混凝土分段浇筑，其中1-10层每2层钢管整体吊装并浇筑一次混凝土，10层以上每3层钢管整体吊装并浇筑一次混凝土。24根钢管柱中16根为方钢管混凝土柱，8根为圆钢管混凝土柱。横截面及立面示意图如图3.1-3.2所示。

选取矩形截面柱与圆形截面柱与型钢梁的连接节点处最容易出现缺陷的部位，即三层横隔板中的最上层以下的部位进行监测。总抽检构件数为总吊装节段数的约30%。

在上层横隔板下表面安装压电功能块，在钢管外壁粘帖压电片。结合应力波法和机电耦合阻抗法进行监测与分析。

3.1.1方形截面钢管混凝土柱

（1）嵌入式与表面粘帖相结合

在上层横隔板下表面上每边布置3个压电功能元，其中1个位于每边的中间位置，其中PZT的方向为竖直且垂直于该钢管内壁。另外2个压电功能元布置在该边的1/4和3/4处，该压电功能块与钢管内壁留20mm距离，其PZT平面竖直但平行于该内壁。每个构件供设置12个压电功能块。此外，每边对应位置设置4个PZT，每个构件共设置16个PZT片。方形截面钢管混凝土柱上层横隔板下表面的压电功能块以及外壁PZT片布置示意图如图3.3所示。在每个吊装层中，选取一个方钢管柱采取该方式布置。

（2）外部粘帖压电陶瓷片

对于部分方钢管柱，采用外部粘帖压电片的方法。方形截面钢管混凝土柱上层横隔板下表面外壁PZT片布置示意图如图3.4所示。核心混凝土与钢管内壁的界面粘结状态通过压电阻抗法评估，核心混凝土采用应力波方法检测与评估。在钢管已经安装就位其靠建筑外侧的表面无法在保证安全的情况下粘贴压电陶瓷片的情况下，可以只在方柱的两个相对的侧面上进行粘贴。

图3.3方形钢管混凝土柱上层横隔板下表面压电功能元以及PZT片布置示意图

图3.4方形钢管混凝土柱上层横隔板下钢管表面粘帖PZT片布置示意图

3.1.2 圆形截面钢管混凝土柱

（1）嵌入式与表面粘帖相结合

对于部分圆形截面钢管混凝土柱，在上层横隔板下表面上沿钢管内壁均匀布置6个压电功能元，该压电功能块与钢管内壁留20mm距离，其PZT平面竖直且与钢管内壁保持相切。此外，钢管外壁对应位置设置6个PZT。圆形截面钢管混凝土柱上层横隔板下表面的压电功能块以及外壁PZT布置示意图如图3.5所示。在每个吊装层中，选取一个方钢管柱采取该方式布置。

（2）外部粘帖压电陶瓷片

另外的圆钢管柱采用外部粘帖压电片的方法。圆形截面钢管混凝土柱上层横隔板下表面外壁PZT片布置示意图如图3.6所示。核心混凝土与钢管内壁的界面粘结状态通过压电阻抗法评估，核心混凝土采用应力波方法检测与评估。考虑到嵌入式压电功能元的施工耗时较多，主要采取表面粘帖压电陶瓷片的方法进行。在钢管已经安装就位其靠建筑外侧的表面无法在保证安全的情况下粘贴压电陶瓷片的情况下，可以只在圆柱的相互垂直的两个相对位置上进行粘贴。

图3.5方形钢管混凝土柱上层横隔板下表面压电功能元以及PZT片布置示意图

图3.6方形钢管混凝土柱上层横隔板下钢管外壁粘帖PZT片布置示意图

3.2监测方法

3.2.1基于应力波的钢管混凝土监测

运用方形截面以及圆形截面构件内部对称位置的压电功能块进行信号发射和接受信号，对信号进行小波包能量分析，进而对钢管混凝土内部核心混凝土的均匀性进行评估。激励信号采用扫频信号、正弦信号和脉冲信号，测量两次。用收发信号距离等同的一组传感器的输出信号来评定监测结果。

对于方钢管混凝土柱的四个角区的缺陷的监测，选取每边中间位置的压电功能块作为激励器，采集对应钢管外壁的两个PZT的响应。

对于方钢管混凝土的四边钢管内壁与核心混凝土的截面粘结情况，分别采用嵌入式压电功能元作为激励，对于外壁PZT片接受信号的方式进行监测。

3.2.2基于机电耦合阻抗的钢管混凝土界面性能监测

钢管壁与核心混凝土的粘结状况，分别对于嵌入式压电功能元和表面粘帖压电陶瓷片进行机电耦合阻抗测量，通过阻抗结果的分析对界面粘结性能进行评估。

3.2.3混凝土界面性能监测

分别基于应力波和机电耦合阻抗测量，在混凝土浇筑后1-2周内测量一次。

选取嵌入和粘贴方案的方形截面和圆形截面钢管混凝土试件各一个（图3.7中位置1与2），进行多次监测。混凝土浇筑后3天，7天，14天，28天，3月，6月分别进行测试。

参考文献：

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[2] 国家发明专利：基于压电陶瓷机电耦合阻抗的钢管混凝土构件管壁界面剥离监测方法, （201110268031.1，公开中，专利第一发明人：许斌）。

[3] 张婷：基于压电陶瓷的钢管混凝土柱界面剥离损伤监测的实验研究。硕士学位论文，湖南大学土木工程学院，2012（指导教师：许斌）。

[4] 黄清：基于压电陶瓷的钢管混凝土柱界面及混凝土缺陷损伤评估。硕士学位论文，湖南大学土木工程学院，2012（指导教师：许斌）。

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[6] Bin Xu, Ting Zhang, Gangbing Song, Haichang Gu: Active Interface Debonding Detection of a Concrete-Filled Steel Tube with PZT Techniques using Wavelet Packet Analysis, Mechanical Systems and Signal Processing, DOI: 10.1016/j.ymssp.2011.07.029。

第7篇：钢管混凝土柱论文范文

关键词:型钢混凝土；斜柱施工；施工方案；模板施工；钢筋安装；浇筑

中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：

型钢混凝土结构由于其承载能力高、刚度大、可承受构件自重和施工荷载及抗震性能好等优点，尤其是斜柱结构它可以应用到高层建筑中，为高烈度地区的建筑物提供可靠的抗震保证，因此，被广泛应用于建筑工程当中。为了确保型钢混凝土结构斜柱的顺利施工，这就要求我们对型钢混凝土结构斜柱施工技术有充分的了解，这样才能保证施工质量。

1 工程概况

某建筑工程总建筑面积50902m2，其中地上主体塔楼25层，建筑高度79.3m，是集超星级酒店、办公和商业服务于一体的高层建筑。

本工程主楼为框筒结构，即核心筒剪力墙加型钢混凝土柱和钢梁结构。塔楼框架柱共有16根型钢混凝土柱，其中8根为矩形柱，8根为斜柱。

2 工程特点及难点分析

塔楼共有16根型钢混凝土柱，其中8根为矩形柱，截面尺寸1400mm×2500mm，8根为∠形斜柱，截面最大尺寸4034mm，斜柱截面尺寸、配筋及钢梁牛腿分布如图1所示。

图1 斜柱截面

斜柱截面尺寸大且不规则，钢筋绑扎密度大，再加上柱内有型钢，大部分螺杆、拉钩及箍筋无法穿越，因此斜柱的钢筋绑扎、模板加固和混凝土浇筑难度很大，并且柱混凝土强度等级为C60，属高强混凝土，最大泵送高度238m以上，其混凝土的配合比设计、浇筑方法和可泵性控制是本工程施工的重点和难点。

3 施工方案选择

根据以上设计特点，本着保证施工质量和节约成本的原则，经过多次研究分析，对施工方案进行反复比较。

3.1 模板加固方案的选择

3.1.1 模板类型的比较和选择

斜柱模板一般采用爬模、定型大钢模、定型木模、散拼木模和钢模与木模结合等类型，其施工优缺点如下。

1)爬模施工速度快，模板施工完全不依赖塔式起重机的垂直运输；柱截面不规则，爬模爬升装置不易布置，柱距太大，无法实现整体爬升，且阴角部分模板退模困难，柱和楼板不能同时施工，增加施工难度。

2)定型大钢模柱成型效果好，施工速度较快；对塔式起重机的依赖程度大，由于内侧模板需要吊装，因此柱和楼板不能同时施工。

3)定型木模柱成型效果较好，施工速度较快；对塔式起重机的依赖程度大，由于内侧模板需要吊装，因此柱和楼板不能同时施工。

4)散拼木模对塔式起重机依赖小，施工简单灵活，柱和楼板可以一起施工；模板加固技术对成型效果影响较大，相对于其他类型人工费较大。

5)钢模与木模组合对塔式起重机依赖较小，柱和楼板可以一起施工；钢木结合模板形式加固困难，在结合部位存在混凝土漏浆问题。

由于本工程钢结构量较大，且楼板没有设计成压型钢板形式，就需要普通支模浇筑，因此2台塔式起重机的运输压力很大，再安装1台塔式起重机，无论是在使用效率还是经济效益都不合理；柱和楼板分开施工无论是钢筋绑扎还是柱混凝土浇筑都很困难，因此综合考虑采用散拼支模的形式。

3.1.2 螺杆安装方案的选择

斜柱模板安装采用螺杆加固，一部分螺杆通过在型钢的腹板上开孔形成对拉螺杆加固，另一部分螺杆无法穿过斜柱，一般可采取在型钢上焊接螺杆加固的办法，但螺杆不能周转使用，并且螺杆焊接后十分不利于柱箍筋的安装。经过研究和多次试验，采用在型钢上焊接特制的直螺纹套筒，待柱钢筋绑扎完后将螺杆拧进套筒，再将PVC管套上即可，PVC管内径和套筒外径吻合，防止混凝土进入PVC管内，混凝土浇筑完成后将螺杆拧出，周转使用。此种方案可节省螺杆32t，但此方案需注意PVC管管壁厚度≥2.5mm，以防止混凝土将PVC管压变形，使螺杆无法拔出。

3.2 混凝土施工方案的选择

3.2.1 混凝土配合比设计

外框柱混凝土强度等级为C60，属高强混凝土，混凝土配合比设计要求在保证混凝土强度的前提下，提高混凝土的泵送性能和混凝土成型效果。

经多次试验，将原来的水泥用量从450kg/m3调整为400kg/m3，粉煤灰、矿粉由原来的45kg/m3+45kg/m3调整为70kg/m3+70kg/m3，外加剂选型把JM-8调整为巴斯夫P818，并将外加剂用量由原来的9.90kg/m3增加为10.8kg/m3。利用粉煤灰、矿物掺和料的微填充效应，使混凝土中的颗粒分布更趋合理，混凝土更加致密，矿物掺和料的活性效应使混凝土的强度得以保证。

外加剂用量的增加增大混凝土的和易性，使混凝土的坍落度得到保证。JM-8属于纯萘系外加剂，其配制的C60混凝土黏聚性很大，不宜泵送施工，且混凝土的强度富余小。巴斯夫P818属于聚羧酸系外加剂，其配制的混凝土黏聚性小，具有很好的减水效果和保坍性，浆体与石子的包裹性好，石子在浆体中分布均匀，不分层、不离析，且强度富余大，混凝土收缩性小。从现场施工效果看，混凝土配合比调整后混凝土强度可以满足要求，混凝土的泵送性能和成型效果得到很大提高。

调整后C60混凝土配合比如下:水160kg/m3，水泥400kg/m3，Ⅰ级粉煤灰70.0kg/m3，矿粉70kg/m3，砂609kg/m3，石1100kg/m3，外加剂10.80kg/m3，配合比为水∶水泥∶Ⅰ级粉煤灰∶矿粉∶砂∶石∶外加剂=0.30∶0.74∶0.13∶0.13∶1.13∶2.04∶0.02。砂率为36%。其性能参数如下:初始坍落度210mm；坍落度经时变化，1h时210mm，2h时180mm；无泌水；密度2420kg/m3；含气量2.2%；凝结时间，初凝9h，终凝1.5h；7d抗压强度56.5MPa。

3.2.2 混凝土浇筑方案的选择

柱混凝土强度等级为C60，楼板混凝土强度等级为C35，混凝土需分开浇筑，由于上部已安装好的钢梁影响布料机使用，移动不方便，施工时采用泵管前段接软管进行浇筑，将相邻2个柱及周围楼板划为1个浇筑区域，首先交替浇筑2个柱混凝土，待柱混凝土浇筑50%后再浇筑本区域楼板混凝土，楼板混凝土浇筑50%后再将柱剩余混凝土浇筑完，接着再将本区域板混凝土浇筑完，然后接泵管浇筑下一个区域。柱周围用钢丝网拦截，防止柱混凝土流淌或板混凝土流入柱内。这样交替施工既可避免一次性将柱混凝土浇筑完造成模板侧压力过大，又可避免楼板因时间过长形成冷缝。

4型钢混凝土结构斜柱施工技术

4.1 斜柱模板施工

4.1.1 设计优化

斜柱阴角部分模板支设困难，且混凝土浇筑完后模板无法拆除。此阴角部位在建筑上无特殊使用功能。基于以上因素，在与设计单位沟通后将阴角优化为图2所示形式。

4.1.2 模板加固

第8篇：钢管混凝土柱论文范文

关键词：爆炸荷载；钢管混凝土柱；统一强度理论；塑性极限弯矩；等效单自由度模型；逐步积分法

中图分类号：TU398.1文献标志码：A

Abstract： The plastic ultimate moment of concretefilled steel tubular and the ultimate displacement of the simply supported beam under uniformly distributed load were derived based on unified strength theory. Considering nonlinear impact of mass and stiffness changed in the process of the reaction， the dynamic responses of concretefilled steel tubular columns under blast load were analyzed by the equivalent single degree of freedom model and step by step integration method. The results of this method were compared with relevant literatures and the accuracy of the method was verified. The study results show that the plastic ultimate moment and the ultimate displacement increase along with the increase of hoop coefficient； the plastic ultimate moment also increases along with the increase of lateral pressure coefficient； the plastic ultimate moment considering the improvement of the compressive strength of concrete increases 12%19% than that without considering the improvement. The proposed method is satisfied for the requirement of the analytical precision， and can be referred for the research and the safety of concretefilled steel tubular columns under blast load.

Key words： blast load； concretefilled steel tubular column； unified strength theory； plastic ultimate moment； equivalent single degree of freedom model； step by step integration method

0引言

近年来，爆炸恐怖活动的泛滥和易燃易爆气体引起的爆炸给社会生产和人民生命财产安全带来了严重的威胁。钢管混凝土柱作为建筑结构的主要承重构件，一旦发生破坏可能导致建筑结构整体坍塌，造成严重后果。因此，研究爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的动态响应对建筑物的安全防护具有重要意义。采用等效单自由度模型对结构构件进行抗爆分析是实际工程中较为有效的理论分析方法[1]，其中，Biggs利用能量守恒原理提出的等效单自由度计算方法可近似计算基本结构构件在爆炸荷载作用下的动力反应，计算结果较符合实际，在实际工程中得到了广泛的应用[25]。

本文基于统一强度理论，推导圆钢管混凝土柱的塑性极限弯矩和均布荷载作用下简支梁的极限位移。考虑爆炸反应过程中钢管混凝土柱质量和刚度改变产生的非线性影响，采用等效单自由度模型和逐步积分法，迭代求解爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的最大位移。比较最大位移与极限位移的关系，判断钢管混凝土柱是否发生破坏，为爆炸荷载作用下钢管混凝土柱的抗爆研究提供参考。

1均布荷载下的塑性极限弯矩及破坏位移对于均布荷载作用下的圆钢管混凝土柱，假定[6]：①截面应变保持平面；②受压区由钢管和混凝同承受；③纤维屈服时，忽略拉区混凝土的抗拉强度；④不考虑材料的应变率效应。

5结语

（1）本文采用统一强度理论求解钢管混凝土柱的塑性极限弯矩，考虑了钢管对受压区混凝土抗压强度的提高作用；采用逐步积分法求解钢管混凝土柱的动态响应，考虑了反应过程中钢管混凝土柱质量和刚度改变产生的非线性影响。结果表明，本文方法具有较好的计算精度，且适用于任何材料特性的非线性形式。

（2）随着钢管对混凝土约束作用的提高，塑性极限弯矩随之增大，极限位移也随之增大；考虑钢管对受压区混凝土抗压强度的提高比不考虑时塑性极限弯矩提高了12%～19%。

（3）采用本文方法，可以判定在固定爆炸荷载作用下钢管混凝土柱是否发生破坏。参考文献：

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CLOUGH R W，PENZIEN J.Structural Dynamics[M].Translated by WANG Guangyuan.Beijing：Science Press，1983.

第9篇：钢管混凝土柱论文范文

【关键词】钢管柱；自密实混凝土；侧向开孔

中图分类号：TV331文献标识码： A

0绪论

大连某项目采用的钢管柱侧向开孔浇筑自密实混凝土施工方法是在现有的塔吊配合高位抛落法以及顶升浇筑法两种钢管柱内混凝土浇筑方式中演变出来的第三种浇筑方式。这种浇筑方式在很大程度上依赖于自密实混凝土在重力下，能够流动、密实，免振捣的自身特性。与塔吊配合高位抛落发相比，这种浇筑方式具有浇筑速度快，施工工艺简单方便的特点。而与顶升浇筑法相比，具有较低的技术要求以及能大大节约施工成本的特点。下面就此施工技术具体内容及应用情况做一个介绍。

1工程概况

某工程位于大连市沙河口区，总建筑面积为总建筑面积为163340.70O，建筑地下4层，地上44层，建筑总高度204.4m，是集商业、办公、酒店、酒店配套设施、酒店式公寓为一体的独立综合楼。结构形式为钢筋混凝土核心筒-钢结构外框架结构形式。

某工程外框钢管柱数量多，从下至上依次有56根、32根、16根，最大截面尺寸为1200×1200mm，柱内采用自密实混凝土，强度等级由下至上C60、C55、C50、C45、C40不等。

2适用范围

适用于钢筋混凝土核心筒-钢框架结构的外框钢柱自密实混凝土浇筑。

3工艺特点

该施工工艺主要特点是：在有效保证施工质量及施工安全的情况下，可最大化外框钢柱的安装进度，从而有效削弱外框施工进度对内部核心筒施工造成的工期延误。以简单的施工工艺，较低的技术要求，不但提高了钢柱内自密实混凝土的浇筑速度、节约了施工成本，也减少了对塔吊的依附，使得塔吊能更大程度的配合高层建筑其他吊装工作。

4工艺原理

利用对钢管柱侧壁在施工人员施工高度范围内开设圆形孔洞，每隔1层设置一孔洞进行自密实混凝土浇筑，施工完毕后采用原开孔板进行一级焊缝焊接封堵，并与钢柱层间焊缝同步进行焊缝探伤检测。

5施工工艺流程及操作要点

5.1工艺流程

开孔部位定位放线钢柱开孔自密实混凝土浇筑原开孔板封堵焊缝质量检测焊缝修复补强（依焊缝检测结构进行）

5.2操作要点

5.2.1开孔前应将钢管柱表面灰尘清理干净，按照设计开孔位置要求进行放样，弹出钢管柱开孔中心部位及开孔圆弧线，并在开孔旁做好记号。

5.2.2开孔人员应具备特种作业证，并具有丰富的钢结构开孔经验，严格按照放样位置进行开孔，未避免开孔板落入钢管柱内，采取在开孔板上焊接手握短钢筋方式，同时开孔板点焊于孔洞旁，避免开孔板丢失。且每隔1层进行开孔，保证混凝土浇筑高度不超过11m。

5.2.3浇筑时将自密实混凝土浇筑至离孔洞100mm处，使自密实混凝土浇筑产生的浮浆部分沿孔洞流出，即时清理流出浮浆。而残留于钢管柱内浮浆则采用瓢舀法清理。因孔洞狭小，瓢舀应细致耐心。

5.2.4待混凝土强度达到要求时，采用原开孔板进行现场焊接封堵。焊接前清除待焊处表面的水、氧化皮、锈、混凝土等不利于焊接的物体。在钢管柱内部加衬板进行坡口焊。

5.2.5焊接时根据开孔板的厚度采取相应的预热措施及层间温度控制措施，控制焊缝区母材温度，保证层间温度符合要求，遇需中断焊接作业的特殊情况，采取适当的保温措施，再次焊接时采取高于初始预热温度进行重新预热。

5.2.6焊后应认真清除焊缝表面飞溅、焊渣，焊缝不得有咬边、气孔、裂纹、焊瘤等缺陷，焊缝表面不存在几何尺寸不符现象。

5.2.7钢管柱内混凝土采用敲击法与超声波检测法进行质量检测。先用敲击钢管的方法进行全数检查，如有异常，则进行超声波检测。对钢管柱混凝土存在的空腔、收缩缝缺陷、混凝土与管壁粘结不良、混凝土空洞，离析，松散等缺陷采用钻孔压浆法进行补强。

5.2.8开孔板焊缝严格执行施工方自检与第三方监检的质量控制措施，保证焊缝强度与母材等强。如检验过程中，发现焊缝存在不足，应进行一次焊缝修补。如修补后，强度仍无法满足，则在开孔处板上附加盖板进行焊缝补强。