钢管混凝土结构施工技术应用分析

2018-05-02黄世杰

建材与装饰 2018年16期

黄世杰

（广东珠荣工程设计有限公司广州 510610）

1 引言

试验和理论分析证明，在承载力相同的条件下，采用钢管混凝土的承压构件比普通钢结构节约钢材50%左右，而且钢构件较少，施工焊缝的工作量也相应少；比普通钢筋混凝土构件节约混凝土用量约50%，能减少一半的构件横截面面积，进而提高建筑的有效使用面积。目前，钢管混凝土结构在高层、超高层建筑以及拱桥、地下工程中有着广泛的应用。

2 钢管混凝土结构的特点

钢管混凝土是一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，在一些框架结构中，钢管混凝土结构有着广泛的应用。

2.1 承载能力高

钢管可以对混凝土起到良好的约束作用，使混凝土处于三向受压状态，混凝土的强度和韧性可以得到大幅度提高。结构使用过程中，钢管混凝土结构的承载力明显高于钢管承载力与混凝土的承载力之和。

2.2 抗震性能好

通过利用钢管与混凝土之间所产生的相互作用，可以使钢管内部的混凝土破坏由原来的脆性破坏变换为塑性破坏，这样一来可以显著的提升构件的延性性能与耗能性能。因而，该结构的抗震性能较好。钢管混凝土在受到动荷载或者是地震作用的条件下，结构具有良好的吸能与延性，它的抗震性能比钢筋混凝土结构要强很多。通过反复的压弯实验证明，钢管混凝土结构的弯矩曲率滞回曲线比较理想，并且结构的吸能性能极佳。

2.3 耐腐蚀性能得到改善

通过在钢管中浇筑混凝土，可以降低钢管的外露面积，进而可以降低外界环境对钢材的腐蚀作用，因而结构的抗腐、防腐费用较低。

2.4 耐火性能好

在火灾高温环境下，钢管的热量被核心混凝土吸收，使其温度升高幅度相应滞后，可有效地提高钢管混凝土构件的耐火极限。即使钢管屈服，核心混凝土可以承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌。当急剧降温时，钢管混凝土结构不像普通混凝土那样发生崩裂现象。

2.5 制作和施工方便

在进行钢管混凝土构件的施工过程中，由于所用到的截面形式较为多样，施工过程中可以根据实际状况合理选择截面形式，这对于提升钢管混凝土结构的受力性能，降低施工造价有着重要的意义。

3 钢管混凝土设计与施工工艺研究

钢管中所用到的混凝土大多是普通混凝土，但是其强度等级不应小于C30，施工过程中要对原材料的质量进行严格的控制。另外，在进行焊接工作时，最好要适应对接焊缝形式，同时也可以根据实际状况采用螺旋形缝焊接管或者是无缝钢管、直缝焊接管等形式。

3.1 钢管柱的吊装

在进行预制钢管混凝土构件的吊装工作时，钢管上端口要做好密封工作，进而可以避免相关异物落入到钢管内部。在进行吊装工作时，要确保结构不能因为吊装工作而出现变形问题，同时还要参考钢管的稳定性以及强度等指标合理确定吊点的位置。当钢管吊装工作结束之后，技术人员要做好检验与校正工作，进而确保构件的稳定性能。

3.2 钢管的制作工艺

如果钢结构使用手工焊接以及滚床卷管时，那么要使用直流电焊机对钢管进行反接焊接施工。对于焊缝质量要求而言，要确保满足二级质量标准的要求。另外，施工中钢板的压延方向要确保和卷管方向一致。同时，钢管内部不得出现油渍等污物，并且要保证核心混凝土和钢管内壁之间紧密的黏结在一起。在进行卷板施工中，要确保管轴线和管端平面相互垂直，并且在进行卷制钢管时，要严格按照钢管拼接的轴线要求进行施工，同时还要确保钢管坡口端和管轴线相互垂直。施工中采用不同板厚的钢材，要保证焊接坡口的质量达到规定要求。在进行制作质量的检查工作时，要对以下表1中的项目进行严格的把控。

表1 钢管柱安装过程中的允许偏差

3.3 钢管拼接组装技术

在进行钢管焊接工作时，对于大直径钢管的焊接来说，施工中可以使用附加钢筋焊接在钢管的外壁进而起到临时固定的作用。对于小直径钢管来说，可以采用点焊定位，并且要确保固定点的间距达到300mm左右。在进行肢管的对接工作时，要确保间隙放大到0.5～2mm，这样一来能够抵消收缩变形影响。焊接过程中，对于小裂缝要做好处理工作，可以将小裂缝的地方铲除掉并进行重焊。另外，焊接钢管工作时还要做好对接工作，并且要采用分段的顺序进而确保对称性。在进行腹杆和肢管的焊接工作时，要控制好焊接的角度与尺寸。对于管内连接处所设置的附加衬管，也要控制好焊接的质量。焊接工作结束以后，要做好钢管构件的焊缝质量检查，并且要对钢材进行相应的防腐处理。

3.4 钢管混凝土浇筑技术

现阶段在进行钢管混凝土结构的施工过程中，主要用到三种浇筑技术：①高位抛落无振捣技术。在应用该技术进行混凝土的浇筑工作时，首先要确保混凝土的水灰比低于0.45，并且混凝土粗骨料粒径要保持在5～30mm之间，混凝土的坍落度要大于150mm。浇筑过程中，不能出现停顿与中止情况。对于高位抛落无振捣技术而言，主要应用在高度不小于4m、钢管直径超过350mm的施工工作中。浇筑过程中，当混凝土浇灌到钢管的顶端位置时，要确保混凝土的强度达到相关设计值的50%以上时，才能进行封顶板或者是层间横隔板的封焊工作。②目前在进行混凝土的浇筑工作时，还会用到立式手工浇灌技术。对于立式手工浇筑技术而言，要确保施工中粗骨料的粒径维持在10.40mm左右，并且其水灰比不能超过0.4。另外，对于混凝土的坍落度来说，要控制在200～400mm之间；施工过程中如果存在穿心部件，那么粗骨料的粒径要适当的减小。施工时管内的混凝土要从钢管上口浇入，并且使用振捣器进行实时的振捣。如果钢管的管径低于350mm，施工时可以使用外部振捣器进行相应的振捣工作。振捣过程中，外部振捣器的工作位置要伴随着混凝土浇筑工作而进行实时的调整，并且振捣时间要超过1min。施工过程中，每次浇灌的高度不能超过2.3m。施工过程中如果管径超过了350mm，那么可以使用内部振捣器进行振捣工作，并且振捣时间要超过30s。③送顶升浇筑技术。对于这一技术而言，混凝土中的粗骨料粒径要控制在5mm到30mm之间，并且水灰比不应超过0.45。采用该技术进行施工时，要确保混凝土有着良好的流动性。采用此方法施工时，不能进行外部振捣，这样一来会对泵送工作造成一定的影响。施工缝宜留在钢管端口以下500mm处。

3.5 混凝土泌水空鼓问题的防治措施

在进行钢管混凝土的浇筑工作时，经常出现泌水与空鼓等施工质量问题。施工过程中，由于钢管的密闭性良好，并且混凝土中的水分无法析出，再加上施工时的振捣棒在相对狭窄的管内进行振捣，将造成粗骨料的下沉以及砂浆材料的上浮。对于这一问题的防治工作而言，事先要控制好商品混凝土的坍落度，并且由要确保坍落度为（120±20）mm。同时，要对混凝土的浇筑体积与高度进行严格控制，并控制混凝土的振捣时间。振捣过程中混凝土面没有气泡泛出，才能中止振捣工作。另外，施工现场要合理安排混凝土的浇筑工序。