维普资讯 http://www.cqvip.com ・７６・ 第３４卷第１９期 ２ ０ ０ ８年７月 山 西 建 筑 ｓＨＡＮｘＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３４ Ｎｏ．１９ Ｊｕ１． ２００８ 文章编号：１００９—６８２５（２００８）１９—００７６—０２ 钢管混凝土结构及其在我国桥梁中的应用 张里奇摘金辉 要：在介绍钢管混凝土结构特点的基础上，分析了该结构的优点及目前的计算理论和方法，论述了钢管混凝土在桥 梁结构中的应用现状和目前急需解决的问题，从而取得良好的经济效益和建筑效果。 关键词：钢管混凝土，桥梁工程，应用 中图分类号：ＴＵ３９８．９ 文献标识码：Ａ 桥梁的发展历程总是伴随着新材料的产生，新材料在桥梁中 采用钢管？昆凝土柱没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工简便， 的应用又促进了材料技术的发展。从１７世纪７Ｏ年代开始使用 因管内无钢筋浇灌容易，振捣密实，与钢结构构件相比，钢管混凝 生铁到１９世纪初开始使用熟铁建造桥梁；从马车到火车、汽车， 土的构造通常比钢结构构件简单，焊缝少，易于制作。因此，钢管 交通工具的改变，迫使桥梁在跨度、承载力、耐久等方面不断接受 混凝土可简化施工安装工艺，减少施工用地并缩短工期。 挑战，新材料新技术的应用成为必然。钢管混凝土作为一种特殊 １００多年的发展在桥梁建设中已经占有了重要地位。 ４）经济效果方面。工程实践表明，钢管混凝土与钢结构相 节省大量的焊接工作；与普通钢筋混凝土相比，在保持钢材用量 相近和承载力相同的条件下，构件的横截面积可减少５０％，从而 使建筑空间得到加大，混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少 一的材料自从１８７９年首先在英国的铁路桥建设中采用之后，经过 比，在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材５Ｏ％并 １ 钢管混凝土结构的特点 钢管混凝土按其截面形式的不同，可分为圆钢管混凝土、矩 形钢管混凝土和组合截面钢管混凝土等，如图１所示，其中矩形 半。另外，钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业 钢管混凝土结构和圆钢管？昆凝土结构应用比较广泛。钢管和混 化的要求，可大量节约人工费用，降低工程造价。５）防火性能方面。钢管混凝土柱因为钢柱吸热后有若干热 凝土协同工作具有以下优点： 量会传递到混凝土部分，减慢钢柱的升温速度，并且一旦钢柱屈 服，混凝土可以承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌。而且钢 管混凝土在急骤降温（如消防冲水）时又不像钢筋混凝土那样爆 裂，说明其防火性能比钢结构和钢筋混凝土结构更加优越。 凝土 土 ２钢管混凝土结构的计算理论 １）统一理论。哈尔滨工业大学和福州大学等研究的基于回 一图１ 钢管混凝土截面形式 统一理论），该理论把钢管混凝土视为统 １）力学性能方面。钢管混凝土构件承受压力时，混凝土的径 归分析的统一计算理论（的一种组合材料，用构件的整体几何特性和钢管混凝土的组合 向变形受到钢管的约束而处于三向受力状态，从而使核心混凝土 具有更高的抗压强度和变形性能；同时，钢管的套箍作用大大提 性能指标来计算构件的各项承载力，不再区分钢管和混凝土。２）拟混凝土理论。中国建筑科学研究院提出的约束混凝土 高了混凝土的力学性能，使混凝土特别是高性能混凝土的脆性弱 该理论认为钢管混凝土就是由钢管对混凝 点得到了克服；另一方面，混凝土填于钢管之内，增强了钢管管壁 理论（拟混凝土理论），的稳定性，二者的结合，充分发挥了两种材料的优点，相互弥补了 土实行套箍强化的一种套箍混凝土（约束混凝土）。在计算时，主 彼此的不足。试验表明，钢管混凝土柱是空钢管和素混凝土柱单 要考虑核心混凝土在三向受压应力状态下的受力。３）拟钢理论。同济大学基于钢结构分析方法提出的等效钢 独承载力之和的１．７３倍。 ２）变形能力方面。钢管混凝土结构中，核心混凝土在钢管的 柱计算理论（拟钢理论）。该理论是将混凝土折算成钢，再按照钢 约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且被破坏时产 结构设计规范的模式进行分析计算。４）强度叠加理论。日本及我国天津和台湾等地区采用强度 该理论就是将填充混凝土和钢管两部分的承载力进行 到原长的２／３，完全没有脆性破坏的特征。处于钢管中的混凝土 叠加理论，作为钢管混凝土构件整体的承载力。 已经由脆性破坏转变为塑性破坏，使整个构件呈现出弹性工作塑 叠加，生很大的塑性变形。试验表明，钢管混凝土柱被破坏时可以压缩 性破坏的特征。此外，这种结构在承受冲击荷载和振动荷载时， ３钢管混凝土结构在桥梁上的应用 也具有很好的韧性。 ３．１钢管混凝土拱桥 钢管混凝土拱桥一般分为两类：１）将钢管混凝土直接用作拱 ３）施工安装方面。钢管混凝土在施工时，钢管本身就是耐侧 压的模板，在浇灌混凝土时，可省去模板的施工，并可适应先进的 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 泵灌混凝土工艺；同时钢管本身又兼有纵向钢筋和横向箍筋的作 面设计由前者控制；２）先将钢管用于施工时的劲性骨架，然后再 用，制作钢管远比制作钢筋骨架省工，而且便于浇灌混凝土；另外 内灌混凝土并与外包混凝土共同形成断面。 钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可起劲性钢骨架的作 钢管混凝土用于建造拱桥具有以下特点：１）钢管混凝土抗压 用，其焊接工作量远比一般型钢骨架少。与钢筋混凝土柱相比， 承载力高，且抗震性能好；２）由空钢管先组成拱肋，自重轻，可跨越 收稿日期：２００８—０３—０２ 作者简介：张里奇（１９７４一），男，工程师，台州市路桥区公路管理段，浙江台州金辉（１９７８一），男，讲师，台州学院建筑工程系，浙江台州３１８０５０ ３１８０００ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第３４卷第１９期 ２ ０ ０ ８年７月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲ（：ＨＩＴＥＣＴＵＲＩ Ｖ０１．３４ Ｎｏ．１９ Ｊｕ１．２００８ ・７７・ 文章编号：１００９．６８２５（２００８）１９—００７７．０３ 异形柱结构体系设计探讨 林 嘉 摘要：介绍了异形柱框架结构体系的结构布置及受力特点，并对建模及计算作了分析，根据几个地方规程阐述了异形 柱结构的有关规定及构造，提出了设计中的轴压比控制、配筋构造等需要注意的几个问题。 关键词：异形柱框架结构，轴压比控制，延性，构造要求 中图分类号：ＴＵ３７５．３ 建设部在１９９６年ｌ１月发布的《住宅产业现代化试点技术发 文献标识码：Ａ １）由于截面的特殊性，使得墙肢平面内外两个方向刚度对比 其各向承载能力也有较大差异。 展要点》文件中，对异形柱框架结构的特点做了如下阐述：１）由Ｔ 相差较大，导致各向刚度不一致，形边柱，十字形中柱，Ｌ形角柱组成的框架；２）填充墙与柱壁同 ２）对短柱（Ｈ／ｈ＜４），剪切变形占有相当比例，构件变形能力 厚，室内不出现柱楞；３）因墙体减薄，与砖混结构相比，可增加使 下降。异形柱通常在短柱范围内，且属薄壁构件，即使发生延性 用面积８％～１０％；４）填充墙的墙体材料可根据当地保温隔热要 的弯曲变形破坏，也因截面曲率Ｍ／Ｅ１或 ／ （ 为混凝土的极 求，因地制宜，就地取材。目前，异形柱结构尚无国家规范可循， 限压应变， 为截面受压区高度）较小，使弯曲变形性能有限，延 为了指导异形柱的设计与应用，广东省于１９９５年颁布了ＤＢＪ／Ｔ 性较差。、 １５—１５—９５钢筋混凝土异形柱设计规程【 ；天津市于１９９８年颁布 ３）异形柱由于是多肢的，其剪切中心往往在平面范围之外， 了ＤＢ ２９１６．９８大开问住宅钢筋混凝土异形柱框轻结构技术规 受力时要靠各柱肢交点处核心混凝土协调变形和内力，这种变形 程＿２ ；上海市工程建设规范Ｉ￣３／１＂Ｊ ０８—００９Ａ－２００１钢筋混凝土异 协调使各柱肢内存在相当大的翘曲应力和剪应力，而该剪应力的 形柱结构设计规程（试行）＿３ Ｊ亦于２００１年批准施行。 存在，使柱肢易先出现裂缝，也使得各肢的核心混凝土处于三向剪 １异形柱结构的特点 很大跨度；３）施工简便，可降低工程造价；４）无混凝土开裂问题。 力状态，它使得异形柱较普通截面柱变形能力低，脆性破坏明显。 成，如何消除焊接变形和焊接局部应力，应进一步改善制造工艺。 ５）钢管防腐问题突出，特别是雨水较多的南方和沿海地区。 ３．２钢管混凝土桁架桥 钢管混凝土桁架在桥梁上的推广应用不如钢管混凝土拱桥 ５结语 迅速和广泛。由于圆钢管混凝土桁架的研究较矩形钢管混凝土 与钢筋混凝土结构和钢结构相比，钢管混凝土结构是一种相 桁架成熟，且圆钢管混凝土的套箍效应比矩形钢管混凝土明显， 对新的结构形式。但钢管混凝土能够适应现代工程结构向大跨、 所以建成的桁架桥上用的多为圆钢管混凝土桁架，少数是矩形钢 高耸、重载发展的需要，符合现代施工技术的工业化要求，因而正 管混凝土桁架。随着矩形钢管混凝土桁架研究的深入，矩形钢管 被越来越广泛地应用于各种结构工程中，并已取得良好的经济效 混凝土桁架越来越受到关注，大量的试验研究和有限元分析已表 益和建筑效果。随着理论研究的深入和完善，新型施工工艺的产 明，矩形钢管混凝土柱的实际承载力高于其相应的钢管柱和混凝 生和高性能材料的应用，其应用范围将不断扩大，钢管混凝土结 土柱承载力之和，并且具有较好的延性。另外与圆钢管混凝土桁 构将是结构工程科学的一个重要发展方向。 架空问相贯节点相比，矩形钢管混凝土桁架节点处腹杆可以平直 参考文献： 切割，节点连接构造简单，无需专门的切割设备，可以大大简化加 ［１］顾安邦，范立础．桥梁工程［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０００． 工手段，提高加工效率和精度。 ［２］钟善桐．钢管混凝土结构［Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００３． ４需解决的问题 ［３］韩林海．钢管混凝土结构［Ｍ］．北京：科学出版社，２０００． ４］蔡绍怀．现代钢管混凝土结构［Ｍ］．北京：人民交通出版社， １）在设计理论方面，现在尚未有全国统一的设计理论依据和 ［２００３． 统一的设计规范。２）钢管拱的稳定问题，尚待解决。钢管拱肋截 ５］张联燕，李泽生，程懋方．钢管混凝土空间桁架组合梁式结 面尺寸较小，在建设更大跨径时，钢管拱肋的弹性和非弹性稳定 ［问题，需进一步研究。３）钢管为薄壁构件，因此钢管拱的局部稳 管拱焊接应力问题，亦有待解决。钢管拱是由钢板卷制，焊接而 构［Ｍ］．北京：人民交通出版社，２０ｏｏ． 建筑，２００７，３３（４）：２３９—２４０． ６］ 鲁维民．浅谈结构施工监理中应注意的一些因素［Ｊ］．山西 定问题，钢管拱连接节点的可靠度问题，尚需进一步完善。４）钢 ［Ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｑｉ Ｊ［Ｎ Ｈｕｉ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｅｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉＵｅｄ Ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌａｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｏ ｂｅ ｓｏｌｖｅｄ ｏｆ ｔｈｅ ｅｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉｌｌｄ ｓｔｅｅｌｅ ｔｕｂｕｌｒ ｉａｎ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｏ ｇａｉｎ ｔｈｅ ｇｏｏｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｏｏｄ ａｒｃｈｉｔｃｔｕｒａｌｅ ｅｆｆｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｏｏｎｃｒｅｔｅ ｆｉＵｅｄ ｓｔｅｅｌ ｔｕｂｕｌｒ，ｂｆａｉｄｇｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ 收稿日期：２００８．０３—３０ 作者简介：林嘉（１９８１ ），男，助理工程师，广州市设计院，广东广州５１０６２０
