当代钢管混凝土结构的发展现状和前景

刘畅　李虹慧　王成

摘要：归纳了钢管混凝土结构在工程领域的发展，优势，应用及发展前景。钢管混凝土结构具有高承载力、低造价、良好的稳定性、安全性、施工方便等特点，在特殊环境中也能保持较好的承载力和稳定性，具有广泛的发展前景，在将来会应用的越来越广泛。

关键词：钢管混凝土；发展历程；结构优势；结果应用前景

一、引言

将素混凝土填充在钢管中的材料结构称为钢管混凝土结构，通过这种方法可以有效的提高材料的力学性能，钢管混凝土较钢管材料和混凝土材料拥有更高的强度、稳定性和耐久性，抗震性。原因在于外部钢管对其核心混凝土的变形有约束的作用，从而提高了它的承载能力。由于它具有很好的受力性能，施工简便，造价便宜等特点，目前已经在各工程领域广泛应用，但是这种技术任然有不完善之处，只有进行更多相关领域的研究，它才会在日后的工程应用中发挥其作用。

二、钢管混凝土的发展历程

（一）钢管混凝土在国外的发展：

国外最早使用钢管混凝土是在1897年，美国的John Lally在圆钢管中灌入混凝土，用作于建筑物的承重柱，并且计算出了圆钢管混泥土柱的安全承载力公式。二战以后美国、苏联、日本等国家开始战后重建，开展了很大量的钢管混凝土的探究和应用。到了近现代，计算机的兴起，基于有限元模拟软件，钢管混凝土又得到了和快的发展。在一些发达国家进行的实践和实验中证明了钢管混凝土具有施工周期短、施工简单，实用经济等优点。继而钢管混凝土在单层、多层厂房和大跨结构、桥梁中应用也越来越广泛，并且在研究和实践的过程中制定了许多有关钢管混凝土的设计规程规范。

（二）钢管混凝土在国内的发展：

我国针对钢管混凝土的起步于二十世纪六十年代，当时钢管混凝土主要运用在廠房和地铁的建设，到了七十年代后，才在冶金和造桥等领域得以发展，随着大量的研究的进行，各种规程规范的完善，钢管混凝土运用的领域采越来越广。国内许多学者对在钢管混凝土的研究也做出了巨大的贡献。钟善桐教授带领的科研团队对圆钢管混凝土的各种性能展开了一系列的研究，建立了钢管混凝土的“统一理论”。目前我国已经将钢管混凝土成功应用于许多大型建筑物上，如四川万县长江大桥跨径（420m），浙江金竹牌大桥（252m），重庆巫山长江大桥（460m）。从20世纪90年代伊始至今，中国修建的各式钢管混凝土拱桥超过了400座，其中跨度超过 200m者40余座，跨度超过300m者10余座，技术的成熟和广泛运用给工程带来了很大的方便，实际质量也能保证。

三、钢管混凝土结构的优势

（一）高承载力，良好的塑性

当钢管中填充了混凝土时，钢管和和混凝土构成一种新的结构体系。不管是在轴心受压还是偏心受压的情况，钢管混凝土因其外部钢管对核心混凝土的约束很好的改善了混凝土的性能，又因为内部混凝土的作用提高了钢管的整体性，同样也限制了钢管的侧向位移，使其不易发生失稳破坏。从而具有更高的承载能力，良好的塑性变形能力。

（二）较好的抗火能力

混凝土具有较大的比热容，当火灾发生时能较快地吸收热量，承载力影响减小。在钢结构中，钢的耐火性差，随温度升高，钢结构的承载能力及稳定性越来越差，直至结构破坏。钢管混凝土在受到高温时，内部混凝土能吸收一部分热量，让钢管温度上升速率降低，内部的混凝土也能提供一部分承载力，降低了对承载性能的影响。所以钢管混凝土具有更好的抗火性能。

（三）提高了抗震性能

抗震性能是指在动荷载或地震作用时，材料的抗变性能和延展性。混凝土单向受压时容易向侧向变形，变现为脆性，但在钢管混凝土中处于三向受压的状态时，结构的刚度和抗变形能力提高，还能保持一定的塑性。因此在反复的荷载作用下，钢管混泥土体现出了良好的抗震性能。

（四）降低成本

相比于全部使用钢结构，钢管可以直接代替钢筋的骨架，从而降低了材料的成本。于钢筋混凝土相比，钢管混凝土便于施工，外部的钢管可以直接作为混凝土浇筑的模板，省去了支模拆模的步骤，加工方便，节省可人力成本。

四、钢管混凝土结构在国内的应用及前景

（一）钢管混凝土结构运用于桥梁工程

钢管混凝土在我国的大跨度桥梁和拱桥的结构中应用的比较广泛，拱桥承担的压力是轴向压力，钢管混凝土能更好的适应轴向压力的情况，所以在拱桥的施工建设中采用钢管混凝土时比较理想的，延长了拱桥的使用寿命、增强可靠性、降低了成本。例如：430m跨径的湖北巴东支井河特大桥、338m跨径的广西南宁永和大桥都有这种材料的运用。

（二）钢管混凝土结构运用于高层建筑

在高层建筑中，为了应对突发情况，如火灾、地震等，使用钢管混凝土是很理想的材料。钢管混凝土具有更好的抗震性和耐火性。因此钢管混凝土在高层建筑的运用也较多。例如：420.5m的海金茂大厦、330m的北京国贸大厦三期等高层建筑中都应用了这种材料结构。

（三）钢管混凝土结构的前景

随着社会和技术的发展，钢管混凝土发展迅速，因其具有更高安全性、承载力、耐久性能，在未来会得到更加广泛的应用。在技术很管理方面有很多提升空间，例如：钢管混凝土的施工工艺需要研究，设计过程中的疲劳性，残余应力需要研究，钢管混凝土的整体稳定性研究等。

五、结语

综上所述，钢管混凝土结构相比于素混凝土和钢管结构，拥有更大的承载能力，低造价，方便施工的特点，又因其具有良好的抗震性和耐火性，在特殊环境下也是很理想的材料。在各工程领域应用越来越广泛，但是因其技术和管理上仍有不成熟之处，所以钢管混凝土结构还有很大的研究空间。

参考文献：

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