钢管混凝土研究综述

(广州大学土木工程学院 广东 广州 510000)

一、前言

钢管混凝土(Concrete filled steel tube)是套箍钢管混凝土的简称，是一种在钢管中填充混凝土而形成的组合构件,是同时把钢筋混凝土和钢管的优点结合起来而发展起来的一种新型的组合结构型式。钢管混凝土结构是继砖石结构、木结构、钢结构、钢筋混凝土结构之后逐渐发展起来的又一大结构体系。钢管混凝土在很多方面有很多优点在和传统的钢筋混凝土结构钢材用的量比较省相比的情况下。

二、钢管混凝土的分类及工作原理

(一)钢管混凝土分类

钢管混凝土构件是通过在钢管中填充一定量混凝土从而形成的。从截面形式来说，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。

(二)钢管混凝土的工作原理

钢管混凝土的基本原理：(1)在内部混凝土的支撑作用下，使钢管壁稳定性得到增加，使空钢管的失稳状态得到改变，进而使它的承载能力提高。(2)在横向钢管的作用下，使混凝土受到侧向约束，混凝土在三向受压的状态，使纵向裂缝的速度减缓，进而使它的变形能力和抗压强度得到提高。钢管混凝土的强度的提高、韧性和塑性的改善是利用钢管和混凝土在受力过程中的相互作用来达到的。

三、钢管混凝土的优、缺点

讨论钢管混凝土的优、缺点，我们从以下不同的方面来研究。

在普通结构中，承载能力得到了很大的提高，钢管混凝土的承载能力甚至能达到钢管和混凝土单独承载力之和的两倍。其次它的抗震性能和塑性都很好，抗震性能比钢筋混凝土结构强很多。经济效益好，和钢柱相比节省一半左右的预算，和钢筋砼柱相比能节省更多的混凝土。在施工方面，它的操作很简单，节省时间。和钢结构相比的话，它没有钢结构那么复杂，焊缝也短，容易浇灌等很多优势。

在高层建筑中，钢管混凝土柱的抗剪和抗压的能力高。它的塑性也很好，甚至可以做到在高层建筑中不用限制轴压比。其次钢管混凝土柱子截面很小，承载能力高，扩大了它在工程中的使用空间。

大空间和大柱网的框架结构体系中也可以用它。柱子截面减小，自重降低，地震反应也将减小。从地基基础的预算来看，柱子截面减小，基础尺寸也减少，工程造价也降低了。在施工方面，钢管混凝土柱很薄，简化了施工程序。在耐火方面，内部的混凝土，在发生火灾时，吸收大部分的热量，这样有助于减缓房屋的破坏。

在拱桥中的使用中，抗震性能好、抗压承载力很高，自重轻，做成拱肋能增加很大的跨度，施工方面很简便，工程造价也能降低，像混凝土开裂的问题不会出现。

虽然有很多优点，但肯定也有很多缺点。实用范围就很有限，钢管混凝土梁就很少成功，比较复杂同时造成的经济效益也不好。在连接构造上，它也存在很多缺点，比如牛腿的使用就会带来不好的影响。在制作和安装上具有一定的繁锁和难度性，很不利于工程的进度。从质量检查上来说，是没有办法直观的去检查混凝土的浇灌质量的，在混凝土浇灌方面上要求很严格必须进行配合比实验后才能浇注。

四、钢管混凝土的研究现状

虽然钢管混凝土结构出现了100多年了，但是对它性能的研究和推广起步很晚。这就造成它的很多力学性能还不是研究的很透。以下则是已经研究出来的力学性能。

(1)钢管混凝土的基本理论的研究：国内外很多研究都进行过研究，同时也取得了很多成果比如钟善桐教授提出的“钢管混凝土统一理论”等。

(2)钢管混凝土的静力性能研究：通过对钢管混凝土构件在静力作用下进行大量的实验和理论分析，建立了统一理论和其它的设计方法和计算公式。在很多方面同样也取得了很多相应的成果。

(3)钢管混凝土的抗火研究:要根据火灾发生时的实际燃烧情况来考虑钢管混凝土的承载力极限的抗火设计，同时也要考虑结构在整体空间得作用。把不同的火灾模式，不同的钢管混凝土以及它在燃烧时和燃烧后降温的过程中都要进行研究分析，只有在这些综合的考虑下才能对钢管混凝土的内力和变形性能进行整个过程的详细的分析，通过这些才能建立更加合适的抗火设计方法。

(4)钢管混凝土柱的抗震性能研究:在这个方面国内外已经做了大量的实验研究了，主要是集中在基本构件方面，而对钢管混凝土基本构件的抗震性能研究的不是很多。

五、钢管混凝土的研究趋势

综上所述，我国对钢管混凝土方面的研究和应用已经取得了很大的成果。当在实际工程中大量的用到钢管混凝土结构时，仍然有很多工作需要我们去研究解决。以下就是未来我们需要研究的一些方向。

(1)动力性能的研究：目前关于钢管混凝土这个方面的研究还都在试验阶段，几乎没有实际应用，缺乏相应的理论推导，尚未形成可供规范使用的计算理论和设计公式等。

(2)薄壁钢管混凝土结构的研究：以前研究的都是钢管混凝土的管壁较厚的情况，而对薄壁钢管混凝土的研究才刚刚开始没多久，还处于摸索阶段。

(3)方钢管混凝土力学性能研究：和圆钢管混凝土比较，方钢管混凝土存在很多缺点，和国外相比，我们研究太少，国外已经形成较为成熟的设计方法，而且在工程应用方面也取得了很大的进步，需要我们继续加大研究，只有这样才能尽快的用到实际工程中去。

六、结语

在如今的建筑工程中，对建筑结构和建筑材料的要求已经不断增高。钢管混凝土由于它的各种优越性，所以能适应现代的各种不同的结构体系。因为钢管混凝土结构能够符合现代施工技术的工业要求，所以在超高层建筑、高层和工业厂房、拱桥和地下结构中这种结构正被越来越广泛地应用。由于钢管混凝土的应用已经带来了很不错的经济效益和建筑效果，所以已经是结构工程科学的一个重要发展方向。然而在我国钢管混凝土结构的研究和应用并不是很久，在许多方面还存在着各种弊端和问题，这些都需要继续深入研究、实验、探索。