钢管混凝土柱论文大全11篇

钢管混凝土柱论文篇（1）

关键词：

组合柱；双剪统一强度理论；承载力；应力

中图分类号：TU398.9

文献标志码：A文章编号：16744764（2017）02004307

Abstract：

The sectional form of steelconcreteFRPconcrete （SCFC） column， as a novel composite column， has a steel tube as the outer layer and a circular FRP tube as the inner layer， and concrete filled between these two layers and within the FRP tube. Considering the confinements from both outer steel and inner FRP layers， the twin shear unified strength theory and force equilibrium condition are utilized to develop an analytical model of bearing capacity of SCFC column. The accuracy of the proposed model is evidenced through being compared with experimental data. The parametrical study is conducted in order to evaluate the confinements affected by the sectional steel proportion， ratio of FRP to steel， ratio of diameter to thickness of FRP and FRP diameter itself. The results indicate that the greater sectional steel proportion， the larger ratio of FRP to steel， and smaller ratio of diameter to thickness of FRP have positive contributions on the confinements of SCFC. The ratio of FRP diameter to steel side length locates between 0.650.75 can lead to a better confinement.

Keywords：

composite column； twin shear unified strength theory； bearing capacity； stress

随着建筑结构高度与跨度的不断增加，普通钢筋混凝土难以达到结构所需的强度和刚度要求，钢、纤维增强复合材料（FRP）与混凝土的组合应用理念应运而生。目前，应用较为广泛的组合柱类型为：钢管约束混凝土柱（CFST）[12]、FRP约束混凝土柱（CFFT）[35]、复合钢管混凝土柱[67]以及钢管FRP混凝土组合柱等。内置FRP约束混凝土的钢管混凝土组合柱（SteelConcreteFRPConcrete Column，简称SCFC Column）是新近提出的一种钢管FRP混凝土组合柱形式，即钢管混凝土柱内填充FRP约束混凝土。李帼昌等[810]、冯鹏等[11]、Cheng等[12]较早地对这一组合柱进行了研究。这些学者设计的组合柱截面形式为：外管选择方钢管，内管选择FRP圆管，两管间及FRP内管填充混凝土。SCFC组合柱的制作方式有两种：一是先制作并布置好内外两管，最后浇筑内外层混凝土；二是先制作内层混凝土柱，再缠绕FRP以施加约束，将约束混凝土柱置于钢管中，最后浇筑夹层混凝土。内外层混凝土宜采用细石混凝土或自密实混凝土，并采用振动棒贴壁和插入振捣，以保证浇筑质量。此外，FRP管表面的凹凸和粗糙可不作处理，以保证FRP与内外层混凝土的粘结性能。传统的方钢管混凝土组合柱通常由于混凝土侧向变形导致钢管发生屈曲变形，从而削弱了方钢管对混凝土的约束作用[13]，SCFC中FRP圆管对核心混凝土提供有效环向约束，降低了核心混凝土的横向变形，由此降低了对方钢管的侧压力，减缓了应力集中现象，从而提高了约束效果，使得构件的承载能力有效提高。文献[8]基于统一理论提出了SCFC的轴压承载力公式，研究了试件的含钢率及CFRP圆管与方钢管的相对配置率对构件轴压承载力的影响。但目前对于SCFC受力机理的研究还比较少，笔者基于双剪统一强度理论，考虑外钢管与内FRP管对混凝土的双重约束作用，对SCFC的轴压承载力进行研究，根据极限平衡原理得出轴压承载力计算公式，并且⒓扑憬峁与实验数据进行对比，验证了轴压承载力计算公式的准确性。

1双剪统一强度理论

俞茂宏在双剪强度理论的基础上，考虑作用于双剪单元体上的两个较大剪切应力及其面上的正应力，建立了一种全新的考虑中主应力影响的适用于各种不同材料的双剪统一强度理论，其数学表达式为

σ2≤σ1+aσ3[]1+a，

F=σ1-a[]1+b（bσ2+σ3）=σt（1a）

σ2≥σ1+aσ3[]1+a，

F′1[]1+b（σ1+bσ2）-aσ3=σt（1b）

式中：σ1、σ2和σ3分别为3个主应力；a=σt/σc为材料的拉压强度比；σt和σc分别为材料的拉伸强度和压缩强度；b为反应中间主应力效应的材料参数，也是反应不同强度理论的参数。

约束混凝土轴压承载力提高的原因在于混凝土在受压时产生侧向变形，随着荷载的不断增加，核心混凝土及夹层混凝土的侧向变形开始增大，而FRP及钢管限制了混凝土的膨胀，由于变形协调而产生了相互作用[8]。李帼昌等[8]及Feng等[11]的试验研究都表明，对于SCFC组合柱而言，当构件进入弹塑性阶段时，混凝土的侧向变形因为微裂缝发展而增大，FRP管处于环拉和径向受压的两向应力状态，外钢管处于轴压、环拉和径向受压的三向应力状态，内外的混凝土处于三向受压的应力状态。FRP环向拉力逐渐增大至FRP断裂强度而退出工作，此时，构件达到极限承载力，在此过程中，FRP有效约束了内层混凝土的变形。此后，钢管与混凝土发生应力重分布，钢管由主要承担竖向力转为承担环向力。同时，由于钢管、混凝土、FRP管之间的相互作用，导致随着含钢率的增加（即钢管厚度的增加），钢管的套箍作用增强，试件的承载力得到明显提升，也证明了内层混凝土的约束作用来自于FRP管及外钢管两部分。因此，对于SCFC而言：夹层混凝土受到外钢管的约束力po，而内层混凝土的约束力由两部分组成：一部分是FRP管对其的约束力pi和外钢管传递过来的约束力p′o。其受力模型如图1所示。

2.3混凝土应力分析

由于钢管和FRP的约束作用使得核心混凝土处于三向受压状态，而此时三向受压混凝土的强度相比于无约束混凝土的强度有明显的提高，因此，受钢管和FRP约束的混凝土的轴压承载力大大高于核心混凝土和钢管以及FRP各自的轴压承载力之和。在SCFC结构中，钢管和FRP的贡献主要体现在对混凝土的约束上，约束后的混凝土强度是影响钢管混凝土轴压承载力的决定性因素。

2.3.1外层混凝土应力分析

方钢管通过面积等效原则简化为圆钢管，其对核心混凝土产生约束作用，使其处于三向受力状态。对于夹层混凝土而言，除了钢管的约束作用，还受到内侧FRP的紧箍作用。假设外层混凝土受到内外均匀的约束力作用，取钢管和FRP约束中的较小值，此时，外层混凝土的应力状态为0>σ1=σ2>σ3，取σ1=po，混凝土处于三向受压状态，应用双剪统一强度理论，并用混凝土凝聚力c和内摩擦角φ表示为

3.2影响因素分析

为了更好地表征SCFC组合柱中钢管与FRP约束对承载力增益效果，定义轴压承载力提高系数η=N/N0，式中N为通过式（18）和（19）计算而得的承载力值，N0为不考虑钢管和FRP约束作用时钢管与混凝土承载力之和。

3.2.1材料配置参数的影响

试验研究表明，影响SCFC组合柱承载力的主要因素为：含钢率As/Ac、FRP与钢管的相对配置率β=Af/As和FRP管的径厚比d/tf。对文献[10]中构件在截面尺寸不变的情况下，变化材料参数，研究各参数变化对于承载力提高系数的影响。

1）含钢率As/Ac，即钢管截面面积与混凝土截面面积之比。在SCFC组合柱截面大小与内部配置的FRP大小一定时，组合柱承载力提高系数随着含钢率的变化如图4所示。随着钢管厚度增大，构件含钢率变大，承载力提高系数变大，说明含钢率越大，钢管对内部混凝土的约束作用越明显，且截面宽度较小时含钢率的变大导致承载力的增益效果更明显，这与文献[1011]的试验结论是一致的。

2）FRP与钢管的相对配置率β=Af/As，FRP截面面积与钢管截面面积比。在含钢率不变的情况下，组合柱承载力提高系数随相对配置率的变化如图5所示，对于含钢率相同的构件，相对配置率越大，FRP所占比重越大，相应的承载力提高越多，这是由于在构件轴心受压时，FRP对核心混凝土的约束作用会随着FRP层数的增加，即Af/As的增加而增加。

3）FRP管的径厚比d/tf，即FRP管直径与厚度的比值。在含钢率不变的情况下，组合柱承载力提高系数随FRP管径厚比的变化如图6所示，随着径厚比的增大，承载力提高系数降低。径厚比的增大可以表现为FRP厚度相同时，其直径增大。由式（5）可知，直径增大将导致约束效果降低，从而导致承载力增益效果下降。

3.2.4内FRP管参数的影响

在含钢率与β不变的情况下，通过变化参数，得到了承载力提高系数与内FRP径厚比、内外管直径边长比d/D的关系，如图7和图8所示。由图7可以看出，含钢率不变的情况下，随着FRP径厚比的变大，承载力提高系数先增加后减小，存在最优值。此外，由图8可知，内FRP直径d为0.65D～0.75D，轴压承载力增益效果较好。

4结论

1）将内置FRP约束混凝土的方钢管混凝土组合柱（SCFC）分为外钢管、外层混凝土、FRP管以及内层混凝土4个部分，考虑外钢管与FRP的双重约束效果，采用双剪统一理论分析了构件的应力状态，得到了轴压承载力计算公式，对比了文献中的试验数据，具有较好的精度。

2）含钢率As/Ac、FRP与钢管的相对配置率β=Af/As和FRP管的径厚比d/tf都对SCFC轴压承载力提高系数的具有一定的影响，随着含钢率的增加、β的提高以及胶癖鹊募跣。SCFC轴压承载力提高系数都有一定程度提高。

3）内FRP直径d为0.65D～0.75D时，轴压承载力增益效果较好。

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钢管混凝土柱论文篇（2）

随着国内高层建筑如雨后春笋般拔地而起，异形柱由于其在建筑功能方面的优越性而被广泛采用。异形柱结构体系提高了房屋的实用性和美观性，室内分隔灵活多样，避免了普通矩形框架结构存在柱角外露的缺陷，便于家具布置，改善室内观瞻。随着经济的发展，人们生活水平的改善，具有广阔的发展前景。

然而，钢筋混凝土异形柱在研究、推广以及实际工程应用中暴露出一些问题：对水平荷载的方向性非常敏感，荷载作用方向不同，构件及体系的承载力存在较大差异，设计时需取最不利的荷载作用方向；为保证柱子延性要求，需较多的配置箍筋并严格限制轴压比；异形柱现场浇筑复杂，梁柱节点配筋较多，混凝土浇筑质量难以保证；节点截面较小，抗剪承载力有时难以满足要求，在高层建筑及高烈度地震区的应用受限，存在很大的局限性[1]。（《混凝土异形柱结构技术规程JGJ149-2006》对异形柱结构房屋使用最大高度给出了严格的限制，（见表1）明显小于方、矩形柱的适用高度（见表2），比如7度（0.15g）情况下，异形柱框架结构适用的房屋高度为18m，框架剪力墙结构为35m，而方、矩形柱框架结构的适用高度为50m，框架剪力墙结构为120m，远远大于异形柱结构的房屋适用高度）因此要使异形柱结构得到更为广泛的应用，在层数更多的建筑以及抗震烈度更高的地区得到推广，必须研究如何在不显著增大柱截面的情况下提高柱子承载力、刚度及抗震性能[2]。

由于钢管混凝土柱抗震性能优越，于是异形钢管混凝土柱便应运而生。异形钢管混凝土柱（截面形式如图1所示）就是将混凝土灌入由钢板焊接而成的异形钢管中，使钢管与核心混凝同承受荷载，同时钢管对混凝土的套箍作用约束核心混凝土的横向变形，提高了混凝土的抗压强度，改善了混凝土的延性性能，进而使得异形钢管混凝土柱的抗震性能远远优于普通异形钢筋混凝土柱的抗震性能。本文基于国内外专家学者对异形钢管混凝土柱的前期研究工作，对其进行分析汇总，多方面介绍了有关异形钢管混凝土柱的力学性能和抗震性能及工程应用现状，总结了异形钢管混凝土柱今后的研究方向和发展趋势。

2、异形钢管混凝土柱

研究现状及分析

在我国，圆形、方形和矩形钢管混凝土规程已出台，但对异形钢管混凝土研究较少。主要局限于哈尔滨工业大学、同济大学、华南理工大学、西安建筑科技大学、天津大学等一些高校的专家学者关于异形钢管混凝土柱的轴压性能、偏压性能、抗震性能、延性性能、滞回性能、节点的力学性能等方面的试验研究以及相当的理论分析，已经有了一定的研究成果，但目前的研究成果还不够系统和成熟。

华南理工大学对带约束拉杆的T形、L形钢管混凝土柱的轴压性能进行了试验研究，对构件的受力过程进行有限元分析，分析带约束拉杆异形钢管混凝土柱的受力机理，提出带约束拉杆异形柱的轴心受压承载力和偏心受压承载力的计算方法[3-5]。得出以下几点比较有意义的结论：没有约束拉杆的异形钢管混凝土柱，钢管对核心混凝土尽管有约束作用，但并不十分明显，在达到承载能力极限状态时钢管已经发生外部鼓曲，钢管的强度在未能充分发挥之前，试件即发生破坏，所以柱子的强度提高并不显著；约束拉杆对钢管有明显的约束作用，延缓钢管局部屈曲，改善内部混凝土的受力状态，提高混凝土的承载力，延性也得到很大提高，且约束拉杆布置的越紧密，对异形钢管混凝土柱的有利作用越明显。异形钢管混凝土柱受力不均匀，因而刚度要小于普通方、矩形截面柱。

除此之外，同济大学的沈祖炎等，同济大学的吕西林，及哈尔滨工业大学的杨远龙等，分别就异形钢管混凝土柱的轴压承载力和构件与节点的抗震性能进行了研究。他们在异形钢管混凝土柱方面的研究，为我们进一步了解和研究异形钢管混凝土柱提供了宝贵的资料。

3、异形钢管混凝土柱应用现状

关于异形钢管混凝土柱在我国的应用，这里必须提及一种高层建筑施工的方法—逆作法，它是高层建筑施工中比较先进的施工技术，可以明显缩短施工工期。其施工工序如下：首先开挖基坑，以地下建筑物轴线或其他支撑墙体为基础，设置支护结构，然后打桩并浇筑承压柱，完成地面一层楼板面的施工之后，以地面一层楼板面作为支撑地下和地面以上同时开始施工。地下施工是从楼板面两侧向下开挖土方，并逐层浇筑混凝土，直至封底。与此同时，地上部分也逐层向上施工，直至工程结束。正是因为这样地下地上同时反方向施工，所以大大缩短了施工工期，有利于提高工程的综合经济效益[6]。

1998年，广州新中国大厦首次采用了异形钢管混凝土柱（图2）。该工程地下室占地7340m2，地下5层，地上51层。为做到全方位逆作法施工，地下室的核心筒剪力墙先不施工浇筑，设计中利用布置在核心筒剪力墙相交和转角等位置处的带约束拉杆异形（矩形、L形及T形）钢管混凝土柱作为临时支撑，地下室施工时再补上所缺的墙段就成为完整的筒体。由于设有横向约束拉杆，显著提高了异形钢管混凝土柱的延性和承载力，解决了其钢管壁侧向变形大的问题，同时增加了建筑的使用面积；带约束拉杆异形钢管混凝土柱与梁的节点连接进行了改进，使之构造更简单、受力更明确、施工更方便并且造价相对较低[7-10]。

此外，异形钢管混凝土柱也在江门中旅大厦、广州名汇商城、广州百货大厦新楼和广州名励大厦等高层建筑的建设过程中得到了成功应用。在我国5.12大地震灾后的重建工程中，方钢管混凝土异形柱结构作为一种新型结构在映秀镇渔子溪村的建设中得到了应用。方钢管混凝土异形柱是通过缀条或缀板连接单根钢管混凝土柱构成的，其截面形式如图3所示[11]。

4、异形截面钢管混凝土柱

静力性能的研究

目前对异形截面钢管混凝土柱静力性能的研究尚不充分，主要集中在以下几个方面：轴压偏压承载力研究，稳定性研究等。同济大学的吕西林，[12]对T形和L形钢管混凝土柱进行了低周反复荷载下的拟静力试验。试验中考虑了轴压比、钢管壁厚、混凝土强度等级对T形、L形钢管混凝土柱延性和极限承载力的影响。得出以下结论：L形、T形柱由于腹板受压造成钢板外鼓明显以致开裂，钢板屈曲部位出现混凝土压碎现象，造成钢管混凝土异形柱承载力下降；T形钢管混凝土柱随轴压比增加，极限荷载提高的幅度减小；L形柱极限承载力随轴压比增加而下降；钢管壁厚增加导致构件极限荷载和延性性能随之提高；两柱的延性都与轴压比负相关，即轴压比越大，构件的延性越差；混凝土强度等级提高对极限荷载增加很明显，而内部混凝土强度等级的变化对延性的作用效果不是十分显著。

同济大学的陈之毅、沈祖炎进行了轴压承载力L形钢管混凝土短柱的试验研究，分别制作了1根L形空钢管短柱作为对比试件，对6根L形钢管混凝土柱进行了轴压试验。影响试件的参数因素主要是宽厚比、肢长和有无加劲肋；最后分析和计算了钢管混凝土柱L形截面极限承载力，主要得出如下结论：短肢L形钢管混凝土柱属于压皱破坏，破坏时在柱高中部形成多个峰波；而长肢L形钢管混凝土柱破坏多发生在端部，变形发展不充分；加劲肋可提高短肢柱的延性，对长肢柱轴压承载力和延性无明显作用；L形截面钢管混凝土柱继承了钢管混凝土柱的特性，提高了试件的承载力和稳定性；钢管对提高短肢L形钢管混凝土柱的承载力作用显著，但对长肢柱没有明显影响。

武汉大学的杜国锋[14]等在考虑肢宽、肢厚、腹板宽度和管壁厚度等参数的基础上，对组合T形钢管混凝土柱轴心受压性能进行研究，通过轴心受压试验，考察试件的破坏形态，测得试件的荷载―变形曲线，分析各参数对钢管混凝土T形短柱轴心受压力学性能的影响。界定了长柱和短柱的长细比范围，得到短柱和长柱的破坏形态，探讨了钢管壁厚、钢材和混凝土的强度对柱的极限承载力影响。参考国内外有关矩形钢管混凝土柱承载力的计算理论和计算方法，在分析试验数据的基础上，建立了钢管混凝土T形短柱轴心抗压极限承载力计算公式，公式可供实际工程设计参考。

武汉大学的徐礼华[15]等对T形钢管混凝土组合柱的抗剪和抗弯性能进行了研究，考虑剪跨比、轴压比、套箍指标等参数对试件性能的影响，对试件进行静力加载试验，试验结果表明：试件的抗弯承载能力极限随钢筋强度的提高和钢管壁厚的增大而增大，混凝土强度等级和剪跨比对其影响并不显著，以结构塑性极限理论和经典力学为基础，建立T形钢管混凝土组合柱纯弯极限承载力的计算公式，试件的抗剪承载力随轴压比和套箍指标的提高而增大，随剪跨比的提高而减小，建立了组合T形钢管混凝土试件抗剪承载力的计算公式。

厦门理工学院的陈惠满[16]等基于平截面假定和钢筋与混凝土的本构关系，利用截面内力平衡，推导出包含任意截面形状的异形钢管混凝土柱刚度矩阵简便表达式。柱截面刚度为钢管和混凝土两部分刚度的叠加，该表达式清晰、简便，适用于任意材料本构关系。他们将文中公式分析结果与其它文献实验结果进行了比较，公式分析结果与实验结果正好吻合。由他们推导出的计算方法可用于异形钢管混凝土柱正截面承载力分析。

内蒙古工业大学的曹玉生[17]采用逐级增加曲率的方法，使用C++程序设计语言编制计算程序，对异形钢管混凝土柱进行非线性全过程分析。研究表明，影响异形钢管混凝土截面延性的因素有：荷载角，轴压比，含钢率，钢管等级，混凝土强度和截面大小。分析所得数据得：随着钢管强度等级的增加，截面的承载能力、曲率和延性均有所提高；随混凝土强度等级的增加，截面的承载能力增强，但是曲率延性降低。同时，对于异形柱截面，随着截面尺寸的增加，截面的曲率延性降低，承载力提高。在所有的截面曲率影响因素中，轴压比的影响最大。在同等情况下，十字形柱截面的延性最好，T形柱截面次之，L形柱截面延性最差。

哈尔滨工业大学的赵毅[18]对T形和十字形钢管混凝土轴压短柱的力学性能进行了研究，分析了设置钢筋加劲肋对普通钢管混凝柱力学性能的影响；利用有限元分析软件ABAQUS模拟分析异形钢管混凝土轴压短柱的力学性能，并通过试验验证了理论分析结果的正确性，得出结论：钢筋加劲肋使钢板的力学性能得以改善；改变钢筋加劲肋焊点间距可以提高钢板的屈曲承载力；T形钢管混凝土中钢板对核心混凝土约束效果不显著，钢管在破坏时呈现明显的多波屈曲；钢筋加劲肋可有效延缓钢板屈曲的发生，改善柱子的延性；混凝土浇注质量对异形钢管混凝土柱比较重要；钢板屈服强度越高、截面含钢率越大、混凝土强度越低，异形钢管混凝土柱的延性越好（图4）。

哈尔滨工业大学的杨远龙[19]对T形截面钢管混凝土柱的抗震性能展开试验研究，试件为一根不加劲混凝土柱，一根加劲钢管混凝土柱和一根钢筋混凝土柱对比试件（如图5所示），对它们进行压弯滞回性能试验，探讨试件的破坏模式和滞回性能，分析了钢筋加劲肋的作用机理及钢管的约束作用。得出结论：钢管混凝土T形柱相比钢筋混凝土T形柱破坏程度小，初始刚度、屈服荷载大，耗能性能好，但延性相比钢筋混凝土弱；带加劲肋的钢管混凝土T形柱相比无加劲肋的力学性能有所改善，屈服荷载和极限承载力提高显著，延性改善不大；加劲肋的设置可能导致钢管过早发生变形，但不会对后期力学性能产生不利影响。

目前，对异形截面钢管混凝土柱的静力性能的研究以单一荷载作用为主，而弯剪扭复合受力方面的研究比较少，可以作为以后研究的重点。

5、异形截面钢管混凝土柱

节点研究

异形截面钢筋混凝土具有受力截面小，抗剪承载力低，是制约异形柱结构推广和应用的关键因素。有关异形截面钢管混凝土柱的节点可以借鉴方钢管混凝土柱的节点形式。目前，方钢管混凝土柱的节点形式主要有内加强板式节点、外加强板式节点、贯穿加强板式节点、内隔板式节点、外隔板式节点。针对目前异形截面钢管混凝土柱的实际情况，采用内隔板式节点比较好。（如图5）此为T形钢管混凝土柱与H形钢梁节点，主要由内锚固板、钢筋加劲肋通过焊接而成。其传力机理是：梁的翼缘传递弯矩，剪力由梁的腹板传递到柱，其中内锚固板主要是在钢梁受弯时，限制阴角的变化，防止钢管外部鼓曲。钢筋加劲肋主要增大腹板的抗剪能力，防止腹板受压区的屈曲，解决局部有较大压力的腹板稳定问题[20]。

西安建筑科技大学的葛广全[21] 对异形截面钢管混凝土柱-钢梁节点进行了试验研究，节点为贯通式，主要进行低周反复加载试验，分析比较肢高肢厚比不同的情况下节点的滞回性能、强度及延性、破坏特征，得出结论：T 形钢管混凝土柱-钢梁框架节点和普通钢结构节点一样，具有较好的延性和相同的破坏特征，滞回环饱满，耗能性能良好，具有较好的抗震性能；对于 T 形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点，在肢高肢厚比不大于 3 的情况下，节点的承载能力与肢高肢厚比是正相关的关系看，即随着肢高肢厚比的增加，节点的承载能力也会相应提高；焊缝质量是影响T形钢管混凝土异形柱与钢梁框架节点抗震性能的关键。焊接不均匀产生的应力重分布会严重影响节点的稳定性。

北京工业大学的陈静、张玉敏[22] 主要进行的研究工作是低周反复水平荷载试验和节点冲切试验，试件分为2组10个模型相似比为1/2的异形钢管混凝土柱-板，试验内容主要包括节点的冲切受力特性、极限荷载、受力过程、开裂荷载、破坏荷载以及破坏形态等，利用试验中得到的数据画出试件的滞回环曲线、托板应变曲线、骨架曲线以及钢筋应变曲线。结果表明：我国《混凝土结构设计规范GB50010-2002》中公式7.7.1-1可用于异形板柱节点抗冲切设计，异形钢管混凝土柱-板铰接节点冲切承载力只比普通混凝土板柱节点高一点，不是十分明显；滞回曲线狭长，构件的延性比较好，铰接性能好，抗侧移能力强，符合《建筑抗震设计规范GB50011-2001》的要求，保证结构在大震中的安全。节点处托板应变可以近似看做弹性阶段，变形能力较好，节点承受的局部弯矩小，可有结构自身的内力与之平衡。异形钢管混凝土柱-板节点的性能与矩形钢管混凝土柱-板节点在滞回曲线、冲切承载力以及抗侧移等性能上相差不大，可用于大空间钢管混凝土柱板高层节能住宅结构体系。

西安建筑科技大学的侯文龙[23]等利用ABAQUS 有限元软件对钢管混凝土异形柱框架节点进行了非线性有限元分析，并且着重对影响节点受力性能的因素诸如肢高肢厚比，轴压比，钢管壁厚等进行了定性分析，通过计算得到了钢管混凝土异形柱框架节点的应力云图。将计算所得的结果与试验结果进行了比较，两者结果吻合。结果表明：异形柱框架节点受力明确，传力途径清晰，肢高肢厚比和轴压比对节点受力性能的影响较大。试验结果还表明，方钢管混凝土异形柱破坏时方钢管与混凝土均已达到极限强度，其整体变形和单肢变形都不明显，各肢变形相对比较协调。

异形截面钢管混凝土结构的推广和应用过程中，首先需要解决的是框架的节点问题。没有框架节点就不能形成完整的框架结构，节点的稳定性十分重要，在承受突加荷载、永久荷载及水平风荷载的组合作用下能使剪力和弯矩得到有效的传递，在施工中会更容易设置节点。所以，当前我们需要对梁-柱节点形式、力学性能、抗震性能等进行深入研究，这是钢管混凝土结构未来发展和应用的重中之重 [24-25]。

梁与钢管混凝土异形柱节点在承受地震荷载作用时，柱和框架梁传来的剪力、弯矩和轴力作用于节点部位，因为钢管的套箍作用使内部混凝土处于三向受力状态，大大增加了混凝土的抗压强度和承载能力，此时节点的受力情况不是单一荷载作用，而是更多处于剪力和弯矩的作用下。1980年以来，国内高校关于普通截面钢管混凝土柱和梁柱节点的抗震性能做了很多试验研究，积累了不少宝贵经验。国内外专家在新型节点研究工作中，一般都要考虑柱轴压比等对节点力学性能的影响，更合理地研究异形柱与梁之间节点的各种性能，他们利用静力、拟静力和振动台试验在节点模型的基础上得到节点的σ-ω曲线、承载能力标准值、设计值等数据， 然后比较节点在控制轴压比变化的情况下滞回性能、延性、耗能性能、破坏机理及破坏特征是如何变化的，以此作为评价节点力学性能的标准。

6、结语和展望

（1）异形截面钢管混凝土柱较之传统钢筋混凝土柱具有极限承载力高、延性好、抗震性能好、施工简便、经济效益好等优点，适用于抗震设防烈度更高的区域，在满足承载力和刚度要求，又不显著增大柱截面面积的基础上，可以做到内墙不外凸，增大了室内使用面积，较好地满足了建筑使用功能，是现代工程应用重要的结构体系，其应用前景十分广泛。

（2）对异形截面钢管混凝土柱的研究才刚刚起步，研究手段、试验方法很多还不是很成熟，没有形成系统的异形柱设计规范，有关异形柱承载力的计算方法较少，只是借助于试验数据的分析，得出承载力计算公式。

（3）对异形截面钢管混凝土柱在动力荷载作用下的动力性能研究较少，可以作为以后研究的重要方向。关于异形截面钢管混凝土柱节点尚不够成熟，节点的计算模型尚不明确，还没有一套完整的计算理论和设计方法，因此以后有关节点的研究工作可紧密围绕在这些方面，出台系统的全面的异形钢管混凝土柱的设计规程。

作者：苏忍，刘光烨，杨远龙，工作单位：兰州大学土木工程与力学学院

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钢管混凝土柱论文篇（3）

关键词:钢管混凝土;轴压比;轴压比限值;延性

Key words: concrete filled square steel tubular columns;axial compression ratio;limited values of axial compression ratio;ductility

中图分类号:TU43文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)10-0107-02

0引言

方钢管混凝土是整个钢管混凝土结构的一个组成部分,同圆钢管混凝土结构处于并列地位。较之圆钢管混凝土结构,方钢管混凝土结构具有以下特点,①截面受力合理。大开间是市场对现代化住宅提出的要求。选用钢框架体系,在两个方面跨度都较大。需要柱截面在两个方面上都要承受较大弯矩,双向同性的优点更能满足结构需要。②耐火性好。方钢管混凝土由于是由钢管和混凝土两种材料组成,混凝土的热熔较大。③塑性,韧性好。方钢管混凝土构件在大轴压比的情况下仍具有较好的耗能性能和延性,因而抗震性能好。④方钢管混凝土结构具有节点构造简单,施工方便,承载力高的特点,经济效果明显。因而文献[1]和文献[2]都作出钢管混凝土柱无需限制轴压比的论断。但此论断均是针对圆钢管混凝土柱作出的。

为了研究方钢管混凝土柱的抗震性能,在天津大学结构试验室进行了基本性能研究,试验结果简要的列于表1中。在本试验数据基础上,参考了文献[3]的试验结果,讨论了轴压比对方钢管混凝土柱延性的影响和方钢管混凝土柱轴压比限值的问题。

本文采用结构极限位移角作为衡量结构延性的指标,参照我国《高强混凝土结构设计与施工指南》[4](HSCC-99)中规定的混凝土框架结构层间弹塑性位移角限值为1/60。极限位移角计算公式为:

R=(1)

式中,Δ为层间极限位移,L为层高。实际中Δ、L分别为柱中点侧向位移和柱中点至辊轴中心的距离。

根据《天津市钢结构住宅设计规程》[5](DB29-57-2003),钢管混凝土柱的轴压比采用下面计算公式:

n=N/N0(2)

式中,N为轴向荷载,N0为钢管混凝土的极限承载力。N0=fcAc+fyAs,其中fc为混凝土抗压强度,fy为钢材的屈服强度。As、Ac分别为钢管和管内混凝土的面积。

1轴压比对钢管混凝土柱延性的影响

1.1 预压应变的影响凝土压弯柱在受到轴向荷载N后,将产生一个压应变 ,在水平荷载作用下,受压一侧的压应变将继续增大,如果材料的极限压应变为r,则r与r的差值大小决定了截面极限转角。因而极限转角随 的增大而减小,与此同时,钢管混凝土压弯柱地延性也就越差。

1.2 附加弯矩的影响当轴力为定值时,随着试件水平位移的不断增大,附加弯矩的影响越来越大,由于受压混凝土的破坏程度不断加大和钢材的屈服,截面承受弯矩的能力也会不断降低,这些将导致水平承载力不断下降。当轴压比较小时,附加弯矩的影响也小,反映在滞回曲线骨架曲线上,表现为下降段较缓,反之高轴压比会使骨架曲线下降段变陡

2试验轴压比与设计轴压比的换算关系

试验轴压比为: nt=N/N0(3)

设计轴压比为:nd=Nd /N(4)

式中,N为试验轴压力,N0为柱轴心受压极限承载力,Nd为设计轴力,N为设计轴心受压极限承载力。

若设计时取Nd=N,则:

n/n=NN(5)

根据(3)可得:

=(6)

式中,f、f分别为钢管屈服强度的试验值和设计值;f、f分别为混凝土强度的试验值和设计值。

根据《混凝土结构设计规范》[6](GB 5000.10-2002),混凝土的轴心抗压强度设计值的计算公式为:

f=(7)

式中,f为混凝土强度等级值,即具有规定保证率的混凝土立方体抗压强度标准值;α为混凝土轴心抗压强度与立方体抗压强度的比值;α为对C40以上混凝土考虑脆性折减的系数。本文综合考虑α和α,取αα=0.77。

混凝土的强度标准值应具有95%的保证率,混凝土强度标准值与立方体强度平均值fcu的关系为:

f=f(1-6.645δ)(8)

式中,δ为变异系数,统一取δ=0.1。

由此可得:

==0.525(9)

类似地,对于钢管,设计值与试验值的关系为:

==0.760(10)

将公式(9)和(10)代入公式(6),即可得:

==0.760-0.235(11)

取钢管混凝土的约束效应系数ξ=AfAf,代入上式可得:

=0.760-0.235(12)

3方钢管混凝土柱轴压比限值的讨论

表1针对本试验和文献[3]中方钢管混凝土压弯试验结果进行了试验轴压比与设计轴压比对应值的对比。方钢管混凝土柱压弯试验的基础上,探讨了轴压比影响柱延性的原因,并推导了试验轴压比与设计优压比的换算关系公式,最后根据换算关系公式实验数据,以层间弹塑形位移角作为延性控制指标,指出了方钢管混凝土柱的轴压比限制。从表1中关于方钢管混凝土柱压弯试验的结果,可以看出轴压比越大,极限位移角Ru越小,也即方钢管混凝土柱的延性越差。可知轴压比是影响钢管混凝土柱延性的重要指标,因此为了满足抗震设计要求,确定一个合适的轴压比限值就显得尤为重要。合适的轴压比应该既满足结构延性的要求,又能充分发挥钢管混凝土柱提高承载力的优势,做到既安全又经济。根据表1的对比可知,当试验轴压比为0.5时,极限位移角均能满足1/60的结构设计有限延性的要求。而当试验轴压比为0.5时,其对应的设计轴压比约为0.8,取二级抗震等级时轴压比限值为0.8。再根据抗震等级不同浮动0.10,即可得方钢管混凝土柱的轴压比限值可按表2取值。

4结语

轴压比是影响钢管混凝土柱延性的重要因素,轴压比越大则延性越差。轴压比主要通过预压应变和附加弯矩影响柱的延性。以层间弹塑性位移角为延性控制指标,通过本文和文献[3]方钢管混凝土柱压弯试验的数据以及本文推导的试验轴压比与设计轴压比的关系式可以导出轴压比限值,为方钢管混凝土柱抗震设计提供参考。

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钢管混凝土柱论文篇（4）

 

一、概况：

裕达国贸多功能会议中心工程，地上9层，平面35m*64m,共39根箱型钢柱，截面尺寸为760*760、700*700、800*800三种，箱型柱钢板厚度为36mm。GKZ1~GKZ8、GKZ12、GKZ16、GKZ21、GKZ25、GKZ29~GKZ31柱内全部浇注混凝土，高度为53.47米，其他钢柱内浇注混凝土高度12.57~22.17米不等。柱内最大灌注混凝土量为35m3。

二、施工方法

钢柱在1米标高位置位置开孔直径为Φ150圆孔，并焊接带单向阀的混凝土输送管，利用混凝土泵的压力将混凝土自下而上挤压顶升灌入箱型柱内，直至注满整根箱型柱混凝土柱。每根钢柱都一次顶升至顶。

工艺流程图如下：

三、施工操作要点

1、现场加工制作单向阀。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。单向阀由DN125mm，5mm厚的混凝土输送弯管（R=500mm）及8mm厚的Q345钢板共同加工而成。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。

2、在标高为1米位置，箱型柱开一Φ150mm圆孔，以清除柱内积水、杂物及焊接单向阀。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。

3、 焊接单向阀，单向阀伸进箱型柱内的位置见图中所示。单向阀的盖板与水平方向的夹角宜为600～700，可通过伸出铰链背后的钢板调节固定。

4、用套箍连接截止阀，在截止阀与混凝土泵间布置混凝土输送管。

5、浇筑前，要计算好单根柱混凝土量，待所需混凝土运送到施工现场后方可进行顶升，防止混凝土在运输过程中耽搁造成顶升中断。同时，及时做好混凝土坍落度的检测。

6、混凝土输送管与截止阀连接前，泵送砂浆用以润滑输送管道，并把该部分砂浆清除干净后再进行柱芯混凝土的浇筑。

7、混凝土顶升至设计标高后，应及时停泵，并进行数次回抽，若柱顶混凝土面无明显回落，方可拆除混凝土输送管。

8、完毕30min后，观察柱顶混凝土有无回落下沉，若有下沉，则用人工补浇柱顶混凝土。

9、混凝土养护7天后，将柱底单向阀外露部分割去，并焊接封口钢板。

四、材料机具设备

1、单向阀的钢材均为8mm厚及20mm厚的Q345钢板。

2、泵送混凝土的配合比设计，应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10-95）、《自密实高性能混凝土技术规程》（DBJ13-55-2004）和《预拌混凝土生产施工技术规程》（DBJ13-42-2002）的规定。

对混凝土要求：混凝土要具有良好的可泵性，即坍落度大，和易性好、不泌水、不离析、自密性好；初凝时间必须满足每根钢柱混凝土顶升后，混凝土仍具有足够的和易性，本次配合比设计要求初凝时间不小于6小时，终凝时间不小于8小时。混凝土坍落度控制在200mm~220mm之间。

3、机具设备选择：

泵车选择：柱内砼压力：λH=24*53.47=1283KN/m2=1.28Mpa。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。水平管60米，损失压力0.3Mpa。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。垂直高度53.47米，由于水平加劲板的阻隔作用，混凝土在柱内并不是整体上移，而是从柱中心不断上翻，预计其阻力要比在泵管内要大，因此考虑其损失压力0.8 Mpa。科技论文，裕达国贸酒店多功能会议中心。每个90°弯头降压0.1 Mpa，共计2个弯头，共损失0.2 Mpa。管路截止阀一个，降压0.8 Mpa。附属于泵车的压力损失约3 Mpa。每个水平加劲肋考虑降压0.1 Mpa，共10个，损失1 Mpa。

以上合计：7.38 Mpa，选用HBT80C-1818D地泵,理论最大输出压力为18Mpa，满足需要。

其他施工机具有混凝土搅拌运输车、输送管、单向阀、截止阀、铁锹、试件制作器具、电焊机、对讲机等。

五、劳动组织

各工种人员配备如下：

混凝土输送车司机 ，4人；泵机操作工，2人；接管工，4人；电焊工，2人；混凝土工，4人；试验员，1人；指挥人员，2人；

六、安全措施

1、施工作业人员必须了解和掌握本工艺的技术操作要领，特殊工种（如输送泵操作人员、电焊工等）应持证上岗。

2、混凝土浇筑前，应对单向阀、截止阀、输送管的布管及接头等进行检查，混凝土输送泵进行试运转正常后方可开机工作。

3、在混凝土浇筑过程中，截止阀旁严禁站人。

钢管混凝土柱论文篇（5）

Summary: Solutions and attentions in practical application， are raised to solve the problems of over limiting of reinforeced concrete column axle pressure ratio and section occurred in the calculation of archetectural structure.

关键词：程序，计算模型，轴压比，短柱，高强混凝土

Key words: Program, calculating model, axle pressure ratio, short column, high-strength concrete

中图分类号：TU7文献标识码：C文章编号：

抗震设计过程中，如果承担竖向荷载的钢筋混凝土柱轴力过大，其延性将变小，容易发生脆性破坏，使柱突然丧失承载能力，其危害性不言而喻。我国新《建筑抗震设计规范GB50011―2010》严格规定了钢筋混凝土柱的轴压比限值（见表1，适用于剪跨比大于2且混凝土强度等级不高于C60的情况），目的是为了使柱为大偏心受压，具有比较大的屈服后变形能力和耗能能力，增加建筑物的安全性。

多层建筑的高度比较低，荷载相对较小，一般不会因为要满足轴压比的限值而出现超大截面的“胖柱”。高层建筑则不然，进行结构计算时，底部若干层柱截面尺寸往往由轴压比控制，虽然纵向钢筋仅为构造配筋，而柱子的截面却非常大，对经济、美观、实用等指标均有不同程度的影响，甚至出现对抗震不利的轴压比限值更加严格的短柱。剪跨比不大于2时，轴压比限值见表2（对于剪跨比小于1.5的柱子，需要采取特殊构造措施，不在本文讨论范围之内）。通过降低建筑物高度、开间尺寸或使用荷载等方法，虽然能减小柱的轴力，却使工程达不到计划的目标。为了保证使用功能，又要符合规范的要求，在抗震计算中对轴力过大或轴压比超限的钢筋混凝土柱可以采取下述方法调整。

一．钢管混凝土柱

三维空间计算程序一般都支持钢管混凝土柱模型，可以直接输入。钢管混凝土柱能够在很大的位移下而不破坏，计算时没有轴压比的要求，因此可以达到减小柱截面的效果。其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。即管柱外部包裹钢管材料，管柱内部充填混凝土材料，因钢管壁对管内混凝土形成的刚性拘束作用，防止了管内混凝土的脆性破坏。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。钢管混凝土柱施工不需要模板，施工比较简单，制作过程中应严格依据规范和设计图纸的要求，采取切实可行的方法，并注意以下问题：（1）钢管卷制过程中及时调整，严格保证管端平面与管轴线垂直。（2）制订焊接工艺计划用于指导生产，控制焊接变形。（3）利用工具调整垂直度，保证钢管形心位置、垂直度满足设计和规范要求。（4）制订测量工艺，规定测试时间，减少日照景响，保证测量精度。（5）钢管混凝土柱按照现有规范规定，混凝土的实际强度对设计强度的保证率应超过95%，配合比设计还必须满足施工环境要求，包括坍落度损失的控制、可泵性、初终凝时间、早期强度等。

二．型钢混凝土柱

型钢混凝土(SRC)结构兼有钢结构和钢筋混凝土结构的优点,而克服其各自的缺点,是一种具有很好发展前景的结构形式。自有关规程颁布后,SRC结构在我国得到较快的发展。作为一种具有较好延性的结构 ,型钢混凝土组合结构在高层建筑中已逐渐被推广采用 ,《建筑抗震设计规范》及《高层建筑混凝土结构技术规程》中均提出采用这种组合结构来有效地改善建筑的抗震性能。此类型柱一般不能在常用计算程序中直接输入，需要采用刚度等效变换为钢筋混凝土柱来参加计算，求出内力以后，再按照型钢混凝土柱设计方法进行截面计算。钢的屈服强度数倍于混凝土的轴心抗压强度，同样的轴压力作用下，型钢混凝土柱的截面小，并且有良好的抗震性能。但其节点核芯区构造比较复杂，施工技术要求高。

三．柱内核心钢筋承担轴力

在柱中部三分之一左右的核心部位配置纵向钢筋，即成为一种新的钢筋混凝土柱――核心配筋柱。用核心钢筋承担轴力优于用周边钢筋承担轴力。其原因是：周边钢筋需要抵抗弯矩的作用，而弯矩对核心钢筋的影响小；混凝土保护层开裂、剥落后，周边钢筋和混凝土的粘结削弱，而核心钢筋和混凝土之间仍有良好的粘结；核心钢筋不会发生压曲；即使混凝土破坏，核心钢筋形成的芯柱仍能抵抗竖向荷载，防止大震下结构倒塌。与型钢混凝土柱类似，柱内核心钢筋承担轴力需要在计算内力的基础上另行计算。

四．使用高强混凝土

这是在工程计算上最容易实现同时也是使用频率最高的方法，一般三维计算程序都可以很好地支持。

通常情况下，混凝土强度等级从C30提高到C60，对受压构件可节省混凝土30%－40%；受弯构件可节省混凝土10%－20%。虽然高强混凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于减少了截面、结构自重减轻，因此节省基础造价，地震力也大大降低，这对自重占荷载主要部分的建筑物具有特别重要的意义。再者，由于梁柱截面缩小，不但在建筑上改变了肥梁胖柱的不美观的问题，而且可增加使用面积。

钢管混凝土柱论文篇（6）

中图分类号：TU392.3

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2008）08-0171-04

1前言

钢管混凝土柱－平板结构日渐受到结构工程师的青睐，它既能发挥板柱结构在使用功能上的灵活性，又可以利用钢管混凝土柱在承重方面优异的力学性能，从而有着广泛的适应性，既适用于需要大空间的多高层建筑、商场、停车场等，又适用于荷载较重的工业厂房及仓库等，尤其对于高层建筑的地下室，在技术和经济上均是一个良好的选择。

现时国内外关于钢管混凝土柱－平板节点的研究不多，现有的板柱节点的思路均是保持钢管混凝土柱沿全高贯通成整体，楼盖平板只能从柱子侧面与其连接。主要依靠加强环板或连续钢筋来实现弯矩传递，而通过牛腿、抗剪销等钢构件进行剪力传递，节点构造较为复杂，而且对结构灵活布置的适应性较差。对预应力平板结构而言，还须在节点钢管上开洞，以保证一定数量的预应力筋正交穿过节点[1]，进一步加大了施工难度。

作者近年来对钢管混凝土柱节点进行了系列研究，并得出了一些有意义的成果[2~7]。作为该系列研究的一部分，本文根据约束混凝土的原理提出了一种新型钢管混凝土柱板节点型式，并通过试验论证了其可行性，初步探讨了其传力机理和力学性能。

2节点区柱钢管不连通式钢管混凝土柱－平板节点的基本构思

本文提出的节点区柱钢管不连通式钢管混凝土柱－平板节点，其思路是保持混凝土平板楼盖的连续性，各层楼盖在板柱交接处的板面和板底与钢管混凝土柱连接。为了避免节点区由于钢管不连通而受到削弱，在柱头附近局部加厚楼板形成柱托板，通过托板内的混凝土和环向钢筋约束节点核心混凝土，使其承载力达到或超过相应的钢管混凝土柱（如图1所示）。

该新型节点能很好地解决混凝土平板与钢管混凝土柱的连接问题。由于节点区内混凝土平板是连续的，弯矩与剪力的传递与普通钢筋混凝土结构无异。同时，楼盖荷载是直接施加于钢管和核心混凝土上的，对钢管混凝土而言这是理想的加载方式。另一方面，由于在节点区内柱身混凝土和楼盖混凝土均是连续的，传力路线明确，且节点的刚性容易得到保证。

不过，由于柱钢管在节点区内断开，最大的问题是节点的轴压承载力是否能达到甚至超过相应的钢管混凝土柱――这是关系到该种新型节点可行与否的关键性问题。本文将通过试验对这一问题进行研究。

3试验设计

钢管混凝土柱中钢管的主要作用是对核心混凝土提供约束，从而使其具有更高的强度和变形能力。这种约束通常用套箍指标θ（θ=faAa/fcAc）来衡量。对本文研究的新型板柱节点而言，由于在节点区内柱钢管不连通，这种约束力就主要靠托板混凝土和间接钢筋来提供。柱子的套箍指标θ越大，则托板需要提供的约束作用也越大。统计表明，工程上应用的钢管混凝土柱，其套箍指标θ在0.70～1.60之间。本次试验中，选取钢管混凝土柱的套箍指标θ＝1.83，期望验证即使在工程应用中选用套箍指标θ较大的钢管混凝土柱的情况下，本文提出的节点仍是安全的。

本次试验共包含6个试件（见图1），其中A1、A2节点高度不同，A2、A3构造方式不同（A3下柱钢管插入节点内76mm）。B1、B2、B3分别为A1、A2、A3的同条件对比试件，试件构造参数见表1。本次试验的所有试件均不设置楼板及其纵向钢筋，这是由于它们的存在对节点受力有利，工程应用上可作为安全储备。

钢管柱内及节点采用C25混凝土，柱钢管采用Q235无缝钢管，节点环筋采用HRB335级钢筋。

在试件节点区环筋以及钢管柱管壁上粘贴电阻应变片以量测其应变值(位置见图1)。本次试验加载装置采用华南理工大学结构试验室CSS-254型15000kN大型压力试验机，试件受力简图如图2所示。

4试验结果分析

4.1节点区的破坏过程及特点

本试验中各试件节点区裂缝发展情况类似，其典型例子如图3所示（试件B2）。

试验中各节点均未达到极限承载力，其破坏过程中的一些共同特征可归纳如下：在一定荷载下，节点的顶面首先出现放射状裂缝，并迅速延伸至侧面形成竖向裂缝。随着荷载的增加，裂缝逐步延伸和扩展，同时新裂缝不断增加。荷载加至某一数值后，节点顶面和侧面相继出现环向裂缝，环向裂缝出现后发展较为迅速。另外，试件A3、B3的节点下表面几乎没有可见的裂缝，表面完整度明显好于节点上表面，这说明柱钢管插入节点区内对节点受力有利。

4.2节点与钢管混凝土柱承载力比较

各试件在试验中的荷载情况如表2所示。由表中可看到：

4.2.1本试验中6个试件的钢管混凝土柱均先于节点屈服，至试验结束时，所有钢管混凝土柱均达到极限承载力而发生破坏，而节点则尚未达到极限承载力。由于本次试验采用的钢管混凝土柱的套箍指标较高（θ=1.83），高于工程上应用的一般水平（θ=0.7～1.6），所以可以认为本节点型式在工程上的应用是可行的。

4.2.2本次试验中节点最大裂缝宽度0.2mm时的荷载与钢管混凝土柱的屈服荷载相近，由于规范对正常使用状态的安全度要求低于极限状态，这一结果显然已可满足正常使用极限状态的要求。

4.2.3件A1、B1与A2、B2比较，节点高度较小，而轴压屈服承载力越高。虽然前者环筋配筋率略高，但通过与试件A3、B3比较可知其对试验结果影响不大。因此，在其他因素相同的情况下，节点高度越小，轴压承载力越高。

4.2.4下柱钢管插入节点内一定距离的构造方式（A3、B3与A2、B2比较）可以提高节点轴压屈服承载力。其原因是这种构造方式令到两钢管间的距离更近，相当于减小了节点的高度。

4.2.5从表中还可看出，A1、B1与A3、B3的轴压承载力相近，故在计算A3、B3的节点轴压承载力时，节点高度可取上下两段钢管间的净距离。在实际工程中这种构造方式还有一个优点，就是可以将下柱钢管伸至楼板底部，从而可充分利用节点周围楼板的约束作用。

4.3 节点环筋应变特点

4.3.1同层环筋应变比较

图4为试件A1中同一层环筋上的1#、3#、5#测点的荷载-应变曲线（其它试件的情况类似）。由图可见，同层各环筋的应变由内圈向外圈逐渐减少。

4.3.2沿竖向各环筋应变比较

图5为试件B2节点区从上而下第一层（实线）和第二层（虚线）中各圈环筋的荷载-应变曲线。由图可见，沿竖向各环筋应变从第一层到第二层有增大的趋势，即图4 试件A1同层环筋应变比较沿竖向各环筋的应变从节点区中央向上下两端逐渐减小。

采用和图5类似的表现方法，下柱钢管插入节点区内的试件B3沿竖向各环筋的应变分布特点如图6所示。由于第一、二层环筋分别分布于节点内钢管的上下断口附近，沿竖向这两层环筋的应变相近；而第三层环筋处于节点内钢管连续区域之内，其应变明显小于同圈的第一、二层环筋。即沿竖直方向节点内钢管断开区域范围内的环筋应变比钢管连续范围内的环筋应变要大。

由图7可见，在相同的荷载下，试件A3各环筋的应变均比A2同位置环筋的应变要小。也就是说，在轴向压力作用下，试件A2将比A3更早达到屈服。

5结语

本文详细论述了作者所提出的节点区柱钢管不连通式板柱节点前期试验研究的情况，并对试验结果进行了讨论，得出以下结论：

5.1节点区内柱钢管不连通，而通过托板混凝土和环向钢筋形成约束混凝土的板柱节点在工程应用中是可行的。试验中所有试件的破坏都是由于钢管混凝土柱抗压承载力不足而发生，破坏时节点核心区混凝土仍未达到其抗压强度。

5.2从本次试验中节点最大裂缝宽度为0.2mm时的荷载与钢管混凝土柱的屈服荷载比较来看，可满足正常使用状态要求。

5.3在其他因素相同的情况下，节点高度越小，轴压承载力越高。

5.4下柱钢管插入节点内一定距离的构造方式可以提高节点的轴压承载力。这种节点在计算其轴压承载力时，节点高度可取上下两段钢管之间的净距离。

5.5在横向上，托板内环筋的应变由内圈到外圈逐渐减小。

5.6在竖向上，若下柱钢管不插入节点区内，则托板内环筋的应变从节点区中央向上下两端逐渐减小；若下柱钢管插入节点区内，则在钢管断开区域范围内的环筋应变比钢管连续范围内的环筋应变要大。

参考文献：

[1] 建设部.无粘结预应力混凝土结构技术规程(JGJ/T92-93).中国计划出版社，1994.

[2] 蔡健，黄泰，苏恒强. 新型钢管混凝土中柱劲性环梁式节点的设计方法初探[J]. 土木工程学报，2002(1):6~10.

[3] 蔡健，黄泰. 钢管混凝土柱节点的应用现状和存在问题[J].建筑结构，2001,31(7):8-10.

[4] 蔡健，杨春等. 穿心钢筋暗牛腿式钢管混凝土柱节点的试验研究[J]. 工业建筑，2000(3):61~64.

[5] 蔡健，杨春等.对穿暗牛腿式钢管混凝土柱节点试验研究[J]. 华南理工大学学报（自然科学版），2000,28(5):105~109.

钢管混凝土柱论文篇（7）

1 引言

方钢管混凝土的研究开展的较晚，各方面的理论还不够成熟和完善，以往的研究主要集中在试验研究上，本文采用有限元分析对方钢管混凝土柱的设计和施工提出合理建议，克服试验的不足。考虑到钢管混凝土是由钢管和混凝土两种不同材料所组成，混凝土和钢管之间有相对滑移，引入一种能反映钢管和混凝土两者间界面性能的单元----粘结单元，它能比较真实地反映方钢管混凝土柱的受力性能。

2 有限元模型的建立

本文模拟框架结构中间层的中柱，截取了方钢管混凝土柱从梁顶面到柱反弯点处的部分为研究对象。为了深入分析钢管混凝土柱的受力性能，充分考虑我国有关规范的规定，依据常见的工程实例设计了4个试件，采用大型商用有限元软件ANSYS对其受力性能进行了非线性有限元模拟。

2.1模型的几何尺寸

为了研究长细比对方钢管混凝土柱的受力性能影响，以BASE试件为基础，设计了ZG系列试件，详细尺寸见表1。

表1 试件尺寸明细表

 

试件名称

柱宽度

（mm）

柱高度

（mm）

管壁厚度（mm）

混凝土强

度等级

轴压比

钢 材

牌 号

ZG-1

500

1650

16

C50

0.5

Q345

BASE

500

1800

16

C50

0.5

Q345

ZG-2

500

1950

16

C50

0.5

Q345

ZG-3

500

2100

16

钢管混凝土柱论文篇（8）

中图分类号：TU7 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）12（a）-0062-01

本文对目前钢管混凝土结构常用的截面形式受力特点进行介绍，并对不同钢管混凝土极限承载力进行分析，以供工程实践参考。

1 常用截面特点

1.1 圆形截面

圆形钢管混凝土是目前研究最为充分的截面形式且在工程中应用也最为广泛。对于圆形钢管混凝土柱，混凝土受到钢管对其均匀约束作用。圆形钢管混凝土承载力及变形能力均优于其他截面形式钢管混凝土构件。由于圆形钢管对于混凝土约束效果比较好，所以圆形钢管混凝土构件主要用于轴压及小偏心受压构件。对于大偏心受压构件来说，由于受拉侧钢管不能对混凝土约束，因此混凝土三向受压性能不能得到发挥。

1.2 方形截面

方形钢管混凝土构件在结构中应用也很广泛，但是方形钢管对于混凝土的约束不如圆形钢管的约束效果好，方形钢管混凝土的承载力明显低于圆形钢管混凝土。研究表明，方形钢管对于内部混凝土的约束可以分为两个部分：有效约束区和非有效约束区，二者的界限为一抛物线，有效约束区的混凝土极限抗压强度是高于非有效约束区，非有效约束区的混凝土所受到侧向约束是不均匀的。

1.3 八边形截面

采用圆形钢管混凝土时，在节点区域将会消耗大量的钢材同时给施工带来很大的困难，影响结构的整体经济效益。对于方形钢管混凝土柱，由于外钢管的四个角部分应力集中比较严重，易出现薄弱区域，特别对于抗震不利。同时当构件截面的钢管的宽厚比很大时，则要考虑钢管局部屈曲。采用八边形钢管混凝土结构不仅可以缓解方形钢管混凝土四角应力集中问题及局部屈曲，同时可以兼顾到圆形钢管的约束效果。八边形钢管对于混凝土的约束也分为有效约束区及非有效约束区，且二者界限也为一抛物线。但是由于八边形钢管其角点为120度相比于方形钢管混凝土角点90度，其尖锐性缓解很多，有效缓解了方形钢管混凝土角点应力集中问题，同时又兼顾了方形钢管混凝土梁柱节点的连接，相比于圆形和方形钢管混凝土结构具有一定的优势。各截面应力图如图1所示。

2 承载力计算

国内学者对不同截面形式的钢管混凝土的承载力进行了统一，提出不同截面的钢管混凝土承载力统一公式。其中哈尔滨工业大学查晓雄教授提出圆形和多边形钢管混凝土强度统一公式：

，

其中：是截面折减系数，圆形取，四边形取，八边形取。

根据工程中，钢材取Q235～Q420，混凝土取C30～C80，本文对多边形钢管混凝土其套箍系数进行折减，可以达到不同截面钢管混凝土承载力统一公式：，其中，。参考相关文献，利用该简化公式对不同截面钢管混凝土短柱进行承载力计算，计算参数及结果如表1所示。

其中ξ为套箍系数；σu为截面平均应力。

为了考虑到截面形式不同对钢管混凝土柱承载力的差异，计算试件计算共分为两组A1和A2两组。A1和A2组中三种截面钢管混凝土柱的截面面积是相等的，套箍系数和混凝土强度都是相等的，在此基础上计算出截面的平均应力σu。分别比较A1和A2组中的试件可以发现，在相同套箍系数情况下，圆形钢管混凝土截面平均应力最大，方形最小，八边形截面应力介于中间但更接近于圆形截面。纵向比较A1和A2里面试件，可以发现，A2中试件的边长是A1中的1.5倍，可以看出，当钢管混凝土柱的尺寸增大时候，以上规律仍然是存在的。

3 结语

（1）现阶段对于圆形及方形钢管混凝土柱的研究已趋于成熟。同等材料使用量情况下，圆形钢管混凝土承载力比方形及八边形的钢管承载力要高，但圆形钢管混凝土梁柱节点较为复杂，不利于工程应用。（2）方形钢管混凝土及八边形钢管混凝土柱角点存在着应力集中问题。从多边形发展趋势来看，多边形形边长数多可以有效缓解角点应力集中问题，同时也方便与梁柱节点连接。

钢管混凝土柱论文篇（9）

中图分类号：TV331文献标识码： A

经过近半个世纪的发展, 钢管混凝土的研究在我国日趋完善和深入。特别是近20 年, 不断地取得了很多杰出的成果, 在构件性能和理论研究方面已经达到了国际领先水平。同时在工程应用方面也做出了突出的贡献。

一、关于钢管混凝土结构的特征分析

1.施工方便快捷。钢管混凝土柱由于零件少, 焊缝少, 构造简单, 同时构件自重轻, 运输和吊装容易, 可以采用“逆作法”或“半逆作法”施工工艺, 因而施工方便快捷。与钢筋混凝土柱相比, 没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序, 施工简单；钢管内无钢筋, 混凝土浇灌、振捣容易。在管柱下部开临时浇灌孔, 用泵送顶升法自下而上灌注混凝土, 既方便快捷又容易保证浇灌质量。而且在浇筑后钢管内处于相当稳定的湿度条件, 水分不易蒸发,省去了浇水养护。我国创造并广泛使用的高位抛落免振捣混凝土施工方法,更是简化了现场浇灌混凝土的工序, 方便了施工。

2.耐火性能和火灾后性能好。钢管内所灌混凝土相对钢材具有较大的热容量, 能吸收大量的热量。在遭受火灾时, 外部钢管虽然升温较快, 但内部混凝土升温滞后, 仍具有一定的承载力, 因而增加了柱子的耐火时间, 相对钢结构可以大量节约防火涂料。此外, 火灾后, 随着外界温度的降低, 已屈服钢管的强度可以得到一定程度的恢复, 截面的力学性能相对高温下有所改善, 因而钢管混凝土具有良好的火灾后性能。这不仅为结构的加固补强提供了一个较为安全的工作环境, 也可减少补强工作量, 降低维护费用。

二、关于钢管混凝土结构在建筑工程中的应用分析

1.钢管混凝土在拱桥中的应用。将钢管混凝土用于拱桥, 符合拱桥设计中要求材料高强、拱圈无支架施工及轻型化的发展方向. 我国采用钢管混凝土拱桥是从上个世纪80年代开始的, 某县东河大桥是采用钢管混凝土拱肋的公路拱桥, 净跨度为115m, 为下承式拱。近十几年以来, 钢管混凝土拱桥在我国公路和城市桥梁中发展十分迅速。钢管混凝土拱桥一般分为两类, 一种是将钢管混凝土直接用作拱桥结构的主要受力部分, 同时也作为结构施工时的劲性骨架, 截面设计由前者控制；另一种是先将钢管用于施工时的劲性骨架, 然后再内灌混凝土并与外包混凝同形成断面, 钢管混凝土参与拱桥建成后的受力、截面设计以及施工阶段控制。直接以钢管混凝土为劲性骨架的最大跨度拱桥是万县长江大桥, 跨度420m, 也是世界上目前跨度最大的拱桥。

2.钢管混凝土在高层建筑中的应用。钢管混凝土用于高层建筑的柱结构和抗侧力体系, 可使构件截面减小, 节约建筑材料, 增加使用空间, 且构件自重减轻, 从而可减小基础的负担和造价。同时, 钢管混凝土抗震性能好, 耐火性能优于钢结构, 相对于钢结构可降低防火造价。由于钢管混凝土中的钢管可作为施工期间的支架, 从而可采用“逆作法”或“半逆作法”的施工方法, 大大加快施工速度, 降低施工费用。我国自上个世纪90年代初开始将钢管混凝土应用于高层建筑。全部或部分采用钢管混凝土的高层建筑已有近100幢.我国钢管混凝土应用于超高层建筑中规模最大的是某广场, 共40层, 地上部分高200.6m,建筑面积共15. 5万m2。该建筑的柱结构及抗侧力体系的内筒全部采用了钢管混凝土柱。该工程的设计、制造和施工为高层超高层建筑中采用钢管混凝土积累了宝贵的经验, 并为继续发展和推广这一新结构体系,以代替传统的钢结构奠定了基础。国外的钢管混凝土超高层建筑发展也很快。已经完成设计的日本东京Shimizu超高层建筑, 总计121层, 总高550m, 采用矩形截面钢管混凝土柱, 压型钢板-轻型混凝土组合楼盖体系。

三、关于钢管混凝土结构存在的问题和发展前景

1.国内外对钢管混凝土动力性能的研究主要集中在试验研究阶段, 且大都只能从滞回性能定性的得出钢管混凝土抗震性能好的结论, 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。由于钢管混凝土柱延性好、

抗震性能优良, 对由钢管混凝土柱和钢筋混凝土横梁组成的框架结构, 在设计中其抗震等级的划分和计算参数的选取暂按钢筋混凝土结构的有关规定执行, 显然偏于保守, 弹性和塑性层间位移角限制的选取也值得商榷。对结构进入弹塑性后的动力性能( 如阻尼比等的变化规律) 、结构的耐疲劳性能、钢骨- 钢管混凝土组合柱的动力性能及基于性能的钢管混凝土抗震设计方法等的研究更是几乎没有。

2.构件及节点制造缺乏标准化和定型化。钢管混凝土柱节点类型多样, 性能各异, 且管柱都是先在钢结构制造工厂定制, 然后运到工地直接拼装。构件及节点的标准化和定型化可以大大提高其生产效率, 更加充分地发挥钢管混凝土的经济效果, 并且能改善构件制造的质量。

3.残余应力和初应力的影响。实际结构中使用的钢管往往由钢板焊接而成, 焊接残余应力对钢管混凝土构件性能的影响较大, 当管壁较薄时更为突出。且在施工中, 内填混凝土浇注前钢管也有相当的初应力。关于残余应力和初应力对

结构性能影响方面的研究尚不够深入和系统。

结束语

近些年来钢管混凝土结构无论在科研还是工程应用方面都取得了很大的发展. 在科研方面, 科研人员对钢管混凝土构件的力学性能及钢管混凝土的耐火性能进行了较深入的研究, 已取得大量有实用意义的成果, 而且许多都应用在最新规程的编制和工程实践当中；工程应用方面, 在大跨度拱桥结构和高层、超高层建筑中都得到愈来愈广泛的应用。

参考文献：

[1]韩林海. 钢管混凝土结构--理论与实践[M] .北京: 科学出版社, 2009.

钢管混凝土柱论文篇（10）

0.前言

国外最早应用型钢混凝土结构,主要是用混凝土来保护钢结构,使之防火性能及防腐蚀性能得到大大改善,不必要进行经常性的、工作量很大的日常维护。后来在结构中才主要利用混凝土来提高结构刚度,以减小结构的侧移。将型钢混凝土用于高层、超高层及高耸钢结构中,以及用于地震区的建筑中,将使建(构)筑物的侧移大大减小。一般在混凝土中再不配纵向钢筋与钢箍。所用钢管一般为薄壁圆钢管或方钢管。方钢管混凝土结构的研究与应用历史较短,尽管其与圆钢管混凝土相比有一定的优点,钢管的制作,节点的构造较为简单,对某些受力构件,大偏心受压构件比圆钢管受力性能要好,不必一定做成双肢或多肢柱。

1.钢管混凝土结构计算模型假设

对于实心钢管混凝土的研究，国内有学者提出钢管混凝土统一理论，即将钢和混凝土视为一种组合材料来研究其综合力学性能。

钢管混凝土统一理论有如下基本假设：

(1)钢管混凝土可视为一种组合材料。可以由构件的工作曲线来研究其组合力学性能指标，由整个构件的形常数来计算其承载力。

(2)钢管混凝土构件在不同荷载组合作用下的性能变化是连续、统一的。

(3)钢管混凝土构件的性能随几何参数如长细比、含钢率等的变化是连续、统一的。

(4)钢管混凝土构件的性能变化随其截面形状如圆形、多边形、方形的改变是连续、统一的。

根据这些假设，统一理论研究的基本思路是：首先分别确定钢材和核心混凝土的应力－应变关系模型，再将应力—应变关系模型编入数值计算的程序当中，利用数值分析方法计算出构件受轴压（拉）、纯弯、纯扭或纯剪的荷载－变形关系曲线，进而由荷载－变形关系曲线导出钢管混凝土各项综合力学性能指标（如轴压模量及强度指标，抗弯刚度及抗弯模量等）。由于计算时采用的核心混凝土的应力－应变关系模型中考虑了钢材对混凝土的约束作用，所以在综合荷载－变形关系中也就包含了这种作用效应，因而在各项综合力学性能指标中也包含了这种效应，比较符合实际应用。

2.钢管混凝土结构的优点

2.1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。

2.2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。此外,这种结构具有良好的抗疲劳、耐冲击的性能。

2.3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。

2.4显著的经济效果

与钢结构相比,节约了大量钢材。根据多项工程统计,钢管混凝土大约能节省钢材50%,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,因此其取得了显著的经济效果。

2.5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。

2.6具有美好的造型与最小的受风面积

圆形柱不仅以其美好的造型而且因其无棱角,所以特别适用于公共建筑的门厅、大厅、车站\车库、城市立交桥以及露天塔架等高耸结构。

由于钢管混凝土结构具有一系列的优点,因此被广泛采用于多高层建筑、桥梁结构、地铁车站及各种重型、大跨的工业厂房以及高耸塔架等建筑物。钢管混凝土结构在国外应用已有近百年历史,20世纪初,美国就在一些单层和多层房屋中采用钢管混凝土柱。

3.钢管混凝土结构在多层建筑中的应用

例如1984年在上海建成的基础公司特种基础研究所科研楼,地下2层,地上5层均为双跨钢管混凝土框架结构。边柱与中柱分别为299与35l根钢管混凝土柱,可见柱断面及结构占地面积均比钢筋混凝土框架柱为小。1992年泉州市邮电局大厦,高87.5m,采用框架剪力墙结构,底部三层的框架柱采用的钢管混凝土柱。厦门信源大厦高96m,地下2层\地上28层。地下至20层的全部框架柱及20～23层的四角柱采用了钢管混凝土。厦门埠康大厦,高86.5m,地上25层,其中12层采用了钢管混凝土柱。惠州嘉骏大厦28层,全部柱子采用钢管混凝土柱。惠州富绅商住楼28层,地下2层、地上3层全部柱子采用了钢管混凝土柱。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,并且如果采用钢筋混凝土,柱断面尤其是底下数层柱的断面将会很大,结构占据了很大的使用面积,也给使用带来诸多不便。

4.钢管混凝土结构在公共建筑中的应用

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。首钢陶楼展览馆,全部柱子也采用了钢管混凝土柱。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。

5.钢管混凝土结构在工业构筑物中的应用

钢管混凝土结构经常用于各种设备支架、塔架、通廊与仓库支柱等各种工业构筑物中。

工业构筑物支架柱常为轴心受压或接近轴心受压,塔架等构架的杆件常常以轴力为主,因此用钢管混凝土柱受力合理,尤其对于室外的高度较高的塔架或仓库等,用圆形柱减小了受风面积,对承受风力是理想的断面形式。这些构筑物中比较典型的有江西德兴铜矿矿石贮仓柱。圆筒贮仓高达42m,包括矿石在内总重达16000t,采用了16根钢管混凝土柱支承。荆门热电厂锅炉构架1982年建成,锅炉及附属结构总重为4220t,构架高50m,由六根钢管混凝土平腹杆双肢柱支承。构架跨度22.4m,柱距12m,柱顶标高47.93m。柱肢采用令800mmXl2mm的钢管,显得非常轻巧。另外笔者在莱钢2x60万吨水渣微粉项目中，立磨机框架高度52m，框架顶部工艺安置一台50吨行车，框架柱采用了钢管混凝土框架柱结构，较好解决整体框架结构顶部受力过大的问题。

华北电管局的微波塔于1988年建成,塔顶标高117m,塔身由20根令273mmX8mm无缝钢管内注C15混凝土的钢管辊凝土柱构成空心圆柱形结构。华东电力设计院1979年设计的500kV门式变电构架采用钢管混凝土A形柱,构架高27.5m,采用420mmX6mm的钢管,取得较好的经济效果。

6.结论

由于钢管混凝土的合理受力性能,施工简便,可加速工期并取得一定经济效果,因此已广泛用于各种建构筑物及桥梁工程。当然,根据其受力特点,主要用于以轴力为主尤其是以轴压为主的构件更显其优越性。由于工程中各种类型构件均有,受力复杂,因此使用时应根据构件受力特点,可与钢结构/钢筋混凝土结构及其他组合结构结合使用,使各自发挥本身的特长而构成合理受力结构,而不可勉强地一定采用某种单一的结构体系。

【参考文献】

钢管混凝土柱论文篇（11）

1、钢管混凝土叠合柱概念的提出

一九九五年初，沈阳日报社大厦地下室工程施工中出现了问题。由于该工程与相邻的住宅相距为零，前者为高层建筑，地下室2.5层，埋深14m，后者为多层砖混结构，基础为浅基础，若地下室土方开挖必然影响后者的安全。基坑只有采取极为有效的内支护措施才能确保后者的安全。两个楼分属两个单位，关系十分紧张，后者不允许前者往其屋下打入锚杆，施工工期又很急。在此情况下，建设单位找我院进行技术咨询。辽宁省建筑设计研究院当时的总工程师林立岩设计大师率先提出采用半逆作自支护工法施工的创新理念。方案是在每个柱网的位置下沉钢管混凝土柱子，这种钢管混凝土柱子既是主体结构的垂直承重构件的核心部件，还在施工期间利用核心钢管混凝土作为深基坑内支护体系的竖向支撑构件。原来各层楼盖中的混凝土梁由上往下随土方开挖逐层先做出来作为内支护体系的水平支撑构件。待地下各层土方都完工后，再由下而上浇筑筏板基础和各层楼盖，这时在钢管再浇筑柱子的后期混凝土，无意之中形成“叠合柱”。后来果然按这一想法进行施工，整个过程非常顺利。上部结构建到10层后，建设单位要求原设计16层的大厦接建到24层，柱子也用叠合柱的计算原理进行加固设计。“叠合柱”的概念终于在1995年下半年产生了。

沈阳日报社基础工程的成功，鼓舞我们进一步完善“叠合柱”的概念，发现这种做法也可以在上部结构中应用。遂在1996年创造性地在辽宁省邮政枢纽大楼（23层，高96.9m）工程上作为试点工程加以应用，也很成功，当时提出一些构造措施，节点做法，施工方法和相应的计算方法以及与高性能混凝土的组合等[2]。继之在1997年又开展沈阳和泰大厦及沈阳市和平区地税局办公楼等两个高层建筑的试点工程，在1999年完成沈阳电力花园双塔高层住宅、沈阳方圆大厦、京沈高速公路兴城服务区跨线服务楼等试点工程。

这些试点工程的柱子均采用钢管内外的混凝土分期浇筑的叠合柱，采用高性能、高弹性模量混凝土，管内强度等级C80～C100，管外强度等级C50～C60，由于刚度分配合理，一般采用占截面1/3左右的核心钢管混凝土，承担约2/3左右的总轴力和绝大部分剪力与型钢混凝土柱比较截面混凝土的轴压比和剪压比明显减小从而整个柱子截面尺寸明显减少，剪跨比增大，柱子的延性和抗震性能显著提高，一般一个20层左右的高层柱子，断面可控制在600×600左右，从“材料强化”+“约束”+“组合”+“叠合”的全新成柱理念出发，终于产生革命性、颠覆性的技术突破。

我们感到对这种新的结构逐渐有了信心。为了稳妥起见，于1997和1998年请国内一些著名专家在大连和沈阳两地举行技术论证会，先后参加的专家有赵国藩、容柏生、钱稼茹、胡庆昌、蔡绍怀、方鄂华、吴学敏、吴波、李惠等。在大连的论证会着重研讨现代高性能砼在高层柱子中的应用；在沈阳的论证会着重研讨叠合柱概念的可行性和应用前景。该课题（钢管高强混凝土叠合柱结构）研究成果荣获1998年建设部科技进步二等奖。

专家的研讨论证，对钢管混凝土叠合柱这一课题给予充分的肯定，认为它符合我国国情，准确把握组合结构这一大方向，以超前的战略思维，顽强的科研钻劲，在短短的两三年内就搞出多幢叠合柱试点工程，每项工程起点都很高，均有所创新，结果都很成功；从概念的提出到原理的探讨，再到设计施工方案的制订都很令人满意。

专家还认为，钢管混凝土组合柱在国际上虽偶有应用，但理论研究深度不够，在高层中应用也不够成熟，在国内仍停留在SRC水平上应用；将“组合柱”概念延伸到“叠合柱”国际上还没有，是我国的自主创新，极有发展前景。专家学者鼓励我们继续以世界的眼光、超前的意识、全面策划，联合高校（主要有清华大学、大连理工大学、哈尔滨工业大学）、设计单位、研究部门、施工及商品混凝土供应生产单位共同协作，进一步把这一课题做大做强。当时就确定以我院进行结构设计的沈阳富林广场工程作为进一步深入研究的试点工程。该工程的柱子和节点构造，均在清华大学进行结构试验，并以此为基础资料编制了《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》（CECS188：2005）。由于该课题既符合抗震、安全的性能目标，又能减少混凝土墙、柱的尺寸，节约水泥和钢材，满足环保、低碳的要求，各类建筑工程都能适用，其研究成果将进一步提升我国建筑业的科技创新水平。

2、项目实施的几个阶段

2.1 1995年―2000年 从概念形成到原理探讨阶段

这阶段将本课题的许多理论问题分成专题，请高等院校进行专题研究，有钢管高强混凝土叠合柱的受力特点、抗震性能、受力变形特点、压弯构件的全过程分析以及构件（含节点）的设计方法等。期间各高等学校的许多著名专家都参加本课题研究并带出水平很高的博士研究生，如赵国藩院士及王清湘教授培养出陈周煜、张德娟等博士；王光远院士与李惠教授培养出王震宇、刘克敏等博士；钱稼茹教授培养出多名硕士后又培养出康洪震、江枣等博士。他们的研究成果和论文都取得了很高的水平。

这期间我国的钢管混凝土研究也进入总结成熟阶段，如蔡绍怀的极限平衡理论和钟善铜的统一理论都在这期间出版总结性专著，为本课题的基础核心构件的研究打下坚实的理论基础。

这期间，我省的现代混凝土研究也取得突破性进展。1995年我院与大连理工大学合作的“高强混凝土柱延性的试验研究”获省部级科技进步二等奖；我院与沈阳北方建设集团的“高强混凝土配制及应用”获部科技进步二等奖。C100级混凝土已开始在沈阳应用，至今已在七个工程中应用成功。特别是2002年建成的由我院设计的沈阳富林广场大厦，是我国第一个在钢管中采用C100级高强、高性能混凝土的超百米高层建筑工程，具有里程碑意义。这些都为进一步探讨钢管与混凝土的组合和叠合奠定了基础。

2.2 2001年―2005年 理论和方法逐渐成熟，形成《规程》[1]阶段

在前一阶段试验研究和试点工程的基础上，已具备了编制国家设计施工技术规程的条件，在此之前我院和部分高校为了试点工程设计和施工技术措施，现在到了应加以综合总结和提高的时候。加上2000年开始，全国有许多地方都希望采用钢管混凝土叠合柱，迫切希望能编制出一本全国通用的技术标准。于是我们在2000年开始着手筹建编制组，由在这一领域研究和应用处于领先地位的清华大学和辽宁省建筑设计研究院担任主编单位，呈报中国工程建设标准化协会申请立项，2002年在中国工程建设标准化协会（2002）建标协字第12号文《关于印发中国工程建设标准化协会2002年第一批标准制、修订项目计划的通知》中正式批准。

在编制规范有丰富经验的钱稼茹教授的领导下，在编制过程中又进行了许多理论研究，明确证明了钢管混凝土叠合柱较钢筋混凝土和钢骨混凝土（也称型钢混凝土）柱具有更优良的抗压性能和抗震性能。同时进行了设计方法研究；补充了轴向受压试验，在轴压力和反复水平力作用下的试验、梁柱节点核芯区抗剪性能试验和钢管混凝土剪力墙试验等。

本规程于2005年审查通过并发行，编号为CECS188：2005，至今已发行一万余册，广受设计人员的欢迎。

2.3 2006年―2010年 从辽宁走向全国，成果推广阶段

《规程》发行后，设计、施工都有了依据，“钢管混凝土叠合柱”迅速风行全国。《规程》是2005年11月发行第一版，共5千册，三个月后即售完，遂于2006年3月第二次印刷，增印5千册，不久就发行了一万多册。可见市场对这本《规程》是很欢迎的。

随着《规程》的普及，叠合柱迅速从辽宁走向全国。目前粗略的统计，我国各大中城市中这期间已建了不少这种结构，有代表性的如上海陆家嘴的保利广场（30层，高134m）、重庆朝天门的滨江广场（53层，高205m）、广州珠江新城的A-1写字楼（35层，高151m）、深圳市中心的诺德金融中心大厦（40层，高183m）、南京鼓楼区的新世纪广场（51层，高186m）、成都国金中心办公大楼（50层，高236.6m）、沈阳金廊上的东北传媒大厦（43层，高184m）等。至于中小城市也有推广，辽宁省除沈阳外，大连、丹东、营口、鞍山、葫芦岛等市皆有实例，县级市大石桥也建设一幢16层的立德大厦。

2.4 2011年―今 成果扩展阶段

进入“十二五”，本课题研究的前期工作告一段落，将进入新的阶段，展望今后更美好的明天，有以下几项工作需要做：

2.4.1 近20年的研究和推广，取得了巨大成绩，也取得许多经验，特别是各地科研设计施工人员的创造性，提出许多改进意见，值得我们认真加以分析总结，使“钢管混凝土叠合柱”更加充实多彩。

2.4.2钢管混凝土叠合柱已被认定为“我国自主创新的一种结构体系”。在此基础上继续深入研究，发展创新结构理论，完善设计方法，扩大应用范围，创造更先进的性能指标，争取达到国际领先水平。

2.4.3进一步探讨在超高层建筑的重载柱中应用钢管混凝土叠合柱来替代“组合巨型柱”。建筑的高度不断提高，近来出现一些高度超过400m的超高层建筑，对超大承载力和超大刚度柱的性能要求很高，希望利用现代混凝土的卓越性能和与高性能钢管的组合、约束、叠合作用，做到柱子断面合理缩小，技术经济指标更加先进。

2.4.4随着国家新《抗震规范》的颁布，加上18年来叠合柱发展过程中总结起来的经验，为更好地发展这一新结构，急需修订新《规程》。各地涌现出一批有强烈开拓创新精神，能克服困难有顽强干劲的新人，应吸收其中造诣卓越者参加本规程的修订。

据文献记载，目前我国部分老专家已开始对叠合柱结构感兴趣，如陈肇元院士、魏琏研究员、容伯生院士、程文教授、江欢成院士、汪大绥设计大师、傅学怡设计大师、李国胜教授等都曾经在其主持或参与审查的工程项目中积极支持叠合柱方案。

3、主要研究成果

研究成果包括试验研究报告、钢管混凝土叠合柱结构技术规程、发表的论文，以及各地采用本《规程》设计的工程。这两大部分，详见“钢管混凝土叠合柱结构工程实录及论文摘引[2]”，这里仅对工程应用部分略作介绍。

叠合柱结构分两种，钢管内、外混凝土同期施工的也可简称为组合柱，不同期施工的则简称为叠合柱，本文分别介绍这两种柱的应用情况。

叠合柱诞生于沈阳，先后有15个塔楼采用混凝土不同期施工的叠合柱，沈阳以外后期有两个工程（分别在广州和大连）也采用叠合柱，其中超过100m高度的塔楼有四座，都是采用框架核心筒结构，分别是：

3.1沈阳富林广场大厦（34层，118m高），是我国第一个采用钢管混凝土不同期施工叠合柱体系的超百米高层结构，也是我国第一个采用C100级高性能混凝土的高层建筑。原方案为混凝土结构，柱截面最大为1300×1300mm，改用叠合柱后截面减为最大1000×1000mm，减小69%，2002年12月主体建成。

3.2沈阳皇朝万鑫大厦主塔楼（46层，177m高），是目前我国最高的不同期施工的叠合柱，最大柱断面仅1200×1200mm，管内用C100混凝土，管外用C60混凝土，2006年主体建成，2008年全部完工。

3.3 广州珠江新城A-1写字楼（35层，151.4m高），2008年完成设计，现已建成。

3.4 大连奥泰中心（42层，152m高），最大柱断面仅1100×1100mm，管内用C80混凝土，管外用C60混凝土，柱每延长米的总用钢量（包括钢管、纵向钢筋、箍筋）为554kg。与同期送审的营口某大酒店（40层，171.6m高，框架核心筒结构）比较，后者采用型钢混凝土柱，最大柱断面为1600×1600mm，为前者的2.12倍，柱每延长米的总用钢量（包括型钢、纵向钢筋、箍筋）为1261.4kg，为前者的2.28倍。施工难度也比前者大。充分说明按本《规程》正确设计的叠合柱比型钢混凝土组合柱用钢量和用混凝土量都可以少一倍多。

在辽宁省采用组合柱建造的最高的建筑物为东北传媒大厦（43层，184.3m高）、大连海事大学双子星大厦（双塔楼，34层，149.9m高）、沈阳奥体万达广场（三个塔楼均为43层，129m高）。断面为原来的36%，东北大学科技楼工程原来混凝土柱断面为1000×1000mm，改用钢管混凝土组合柱后，柱子尺寸仅600×600mm，轴压比由0.7减少至0.5 ，结构的抗震性能大大提高，这说明组合柱不仅用之于超高层，在高层混凝土结构建筑中也同样经济适用。东北大学科技楼工程获全国建筑结构优秀设计奖。

3.5 我国高层建筑发展快的城市也开始采用钢管混凝土组合柱。除辽宁省外，比较有代表性的工程如下（均由各地设计院设计，截至2011年资料）：

3.5.1重庆环球金融中心大厦 框筒结构，地上70层，地下6层，高338.9m。

3.5.2重庆重宾保利国际广场 框筒结构，地上59层，地下6层，高259.5m。

3.5.3重庆联合国际 框筒结构，地上70层，地下5层，高270m。

3.5.4重庆天成大厦 框筒结构，地上60层，地下5层，高280m。

3.5.5重庆朝天门滨江广场 框支剪力墙结构，地上53层，高204.8m，获2006年全国建筑结构优秀设计一等奖。

3.5.6成都国金中心办公大楼 框筒结构，地上50层，地下5层，高236.6m。

3.5.7深圳诺德金融中心 框筒结构，地上40层，地下4层，高193.2m，获2008年全国建筑结构优秀设计奖。

3.5.8深圳卓越皇岗世纪中心

1、2、4号塔 框筒结构，地上57层，地下3层，最高塔楼280m，其次为268m和185.5m。均已建成。曾与型钢混凝土结构进行了详细的技术经济比较，最终选用钢管混凝土叠合柱。获2012年全国建筑结构优秀设计二等奖。

3.5.9上海保利广场 框筒结构，地上30层，高134m，已建成。获2012年全国建筑结构优秀设计奖。

3.5.10南京新世纪广场 筒中筒结构，地上51层，地下3层，高186m，已建成。

3.5.11深圳绿景纪元大厦 框筒结构，地上61层，地下3层，高272m，柱最大截面1400×1400 mm，已建成。

3.5.12天津富力中心双塔 框筒结构，地上54层，地下4层，高200m，柱最大截面1200×1200mm，已建成。

3.5.13上海新发展亚太万豪大酒店 框筒结构，地上32层，地下2层，高134m，已建成。获2012年全国建筑结构优秀设计奖。

3.5.14大连海创国际大厦 框筒结构，地上35层（不包括突出屋面的2层设备用房），地下3层，高149.95m，已建成。获2012年全国建筑结构优秀设计奖。

3.5.15重庆中国银行大厦 框筒结构，地上38层，地下2层，高192.1m。柱最大截面1500×1500mm，

3.5.16山东寿光凯宝皇都国际商会中心 地上40层，地下2层，总高192.1m。

3.5.17营口银行新总部大楼 框筒结构，地上46层，地下2层，高188.6m。

3.5.18深圳迈瑞总部大楼 框筒结构，地上38层，地下3层，高163.8m，最大截面1200×1500mm，已建成。

3.5.19重庆国际大厦 筒中筒结构，地上67层，地下5层，高273.1m。柱最大截面1500×1500mm，

4、 “十二五”期间，钢管混凝土叠合柱的应用发展趋势

4.1现代混凝土将向高强、高弹性模量、高性能方向发展。如何与钢材组合，形成更高效的结构，应是今后继续研究的方向；

4.2引导设计和施工人员将柱截面由“组合”向“叠合”提升，能充分发挥核心钢管混凝土的承载能力和轴向刚度；

4.3核心筒和剪力墙中也开始应用钢管混凝土叠合柱，可提高筒和墙的延性和抗剪性能；

4.4由于叠合柱具有竖向刚度大、轴压比小、延性大、长细比合格和截面小、自重轻的优点，非常适用于框筒或筒中筒混合结构中。最近重庆、天津、沈阳和上海等地又有一批超高层建筑采用叠合柱。这些工程，都在积极研究探索更有效的组合、叠合方式和节点构造做法，叠合柱的应用将登上新高峰；

4.5叠合柱不仅用于超高层，用于中高层甚至低层（如6层的装配式住宅工程，也可用预制250×250mm柱，内设Φ150钢管）也能显示其优越性。辽宁省的沈阳方圆大厦、和泰大厦、营口立德大厦、鞍山移动通讯大厦等工程都是一般高层，同样有效益；最近，我国交通部门在超高混凝土桥墩设计中采用钢管混凝土叠合柱，以提高桥梁结构的抗震性能；在超大跨度的拱桥设计中采用钢管混凝土叠合拱，分期施工拱肋和拱架，最后施工包混凝土，大大提高桥梁的刚度和承载性能。

4.6当前我国各地建筑业空前繁荣，各种结构体系、构件和做法呈现出激烈竞争的态势。“钢管混凝土叠合柱”作为自主创新的新兴结构体系，要不断完善自我，勇于面临竞争，迎接新的挑战。

我国现行的各种混凝土结构和钢与混凝土的组合结构体系，自己创新的东西不多，大都在国外的研究成果上作些修修改改加以应用。钢管混凝土叠合柱”既然已被认为“是我国自主开拓的结构体系”，近二十年的研究及应用也证明它有广阔的发展前景，就应当继续搞下去。我们曾在一些国际会议上宣读介绍了我们的研究成果，现在日本、台湾、新加坡、香港等地也已经开始关注我们的经验。沈阳市曾经是叠合柱结构的发祥地，曾在上世纪末热衷于设计叠合柱的单位而今已经很少搞叠合柱设计了，诞生于100年前的型钢混凝土结构，自上世纪80年代末期起欧美日等西方发达国家已经很少设计了，然而，型钢混凝土结构目前在辽宁省尤其是沈阳市作为新技术大量推广应用，这与国际先进设计理念形成很大反差。然而，在我国国内其他地方（如重庆、深圳、天津、大连等地），叠合柱结构设计正在不断创新和取得突破，获得了显著的经技术济效益。这一我们应抓住机遇，不断开拓进取，使我国钢管混凝土叠合柱结构体系的研究和应用继续保持国际领先水平。

本文撰写过程中，承蒙清华大学钱家茹教授提供技术信息及指导，在此表示衷心感谢。

参考文献