夏广杰
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[摘要]随着建筑科学技术的日新月异，钢管混凝土的推出，使建筑行业增加了一种新的建筑组合结构。由于钢管混凝土具有较高的承载能力，较好的抗震性能，施工的简便性和节省材料的特性，使其在建筑方面的应用越来越广泛，得到了大力的推广和发展，成为新时代最为实用可靠的建筑结构形式之一。本文将针对钢管混凝土在结构工程中的应用作出探讨和分析，以期为工程人员作出相关参考。
[关键词]钢管混凝土；结构工程；应用分析
在钢筋混凝土结构出现之前，我国建筑行业一直沿用钢结构。钢结构即利用刚才进行建筑活动，因为这种建筑模式主要材料就是钢材,所以它钢材消耗量很大，同时成本也比较高昂。钢管混凝土是一种新型的建筑结构，这种结构主要利用钢管和混凝土两种材料,将混凝土注到钢管中使钢管对混凝土形成制约作用，从而利用两种不同材料各自的优点将两种材料混合的优点发挥到最大化。两者互相挤压的强大受力作用以及钢管对混凝土的约束,使得混凝土一直处于高度复杂的应力状态下，由此极大程度上优化了混凝土原本的性能,大大加强了其可塑性和承压能力。
1钢管混凝土结构的特点
1.1承载力高、延性好，抗震性能优越
钢管混凝土由于构件受压，钢管对混凝土的横向变形起到约束作用，使混凝土处于三向受压状态，并且钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。钢管和混凝土处于这种复杂的应力状态之下，从而使其承载能力得到了提高。一般都高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，在压弯剪循环荷载作用下，水平力与位移之间的滞回曲线十分饱满，这表明钢管混凝土结构有很好的吸能能力，基本无刚度退化，因此它的抗震性能远远优越于钢筋混凝土。
1.2经济节约，施工方便，工期大大缩短
钢管混凝土结构施工时，钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响:与钢筋混凝土相比，采用钢管混凝土构件不用绑扎钢筋、支模、拆模等工序，可节约混凝土约70%，减少自重约70%，节省模板100%，施工简便,而用钢量约略相等或略多。与钢结构相比，钢管混凝土构造简单，焊缝少，易于制作。与普通钢柱相比，可节约钢材50%，降低造价45%，钢管混凝土的柱脚零件少，焊缝短，可以直接插入混凝土基础的预留杯口中，使柱脚的构造更简单。钢管混凝土结构不但能够节约成本减少人工费用，同时还能节省了时间使工期大大缩短。
1.3耐腐蚀性能优于钢结构
钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少，受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多，抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省。钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用，使钢管内部的混凝土处于三向受压状态，使混凝土具有更高的抗压强度。但是圆钢管混凝土结构的施工难度大，施工成本较高。相比之下，方钢管混凝土结构的施工较为方便，但钢管混凝土受到的约束作用较小，结构的承载力较低。
1.4有利于钢管的抗火和防火
由于钢管内填有混凝土，能吸收大量的热能，因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，增加了柱子的耐火时间，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。组合梁的耐火能力也会提高，因为钢梁的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低。
经实验统计数据表明:达到一级耐火3小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/3-2/3 甚至更多，随着钢管直径增大，节约涂料也越多。
2关于钢管混凝土结构在建筑工程中的应用分析
钢管混凝土因为其一系列优点，所以发展非常迅速，大量运用到建筑工程中，包括一些单层和多层的工业厂房、高层和超高层建筑以及桥梁建构当中。一方面是因为我国大幅度增加的钢产量，再加上全球的钢产量将近饱和，最终导致了钢材的价格下降。另一方面是因为其科技含量高，对环境保护有利，具有再生利用的特点。因此，我国近年来鼓励采用钢管混凝土等行为，大力推广钢管混凝土架构等钢结构的使用。钢管混凝土的施工工艺如下:①作业前进行准备；②制作钢管构架；③拼接组装钢管；④吊装钢管柱；⑤进行钢管混凝土柱的环梁施工；⑥浇注钢管混凝土。
2.1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。
2.2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。我国采用钢管混凝上拱桥是从上个世纪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，-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土共同形成断面，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;另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。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。
3结束语
本文针对钢管混凝土结构在结构工程中的应用进行了相关论述及研究。讨论了钢管混凝土结构的结构特点、研究进展和应用现状,最后阐述了其在桥梁工程、地下工程高层建筑空间结构等方面的应用状况。通过上述各方面对钢管混凝土架构的分析和讨论,可以看出钢管混凝土结构在我国的使用依然处于雏形阶段,但是发展前景依旧一片光明。钢管混凝土相对于传统的纯钢架构和钢筋混凝土建构模式,有着其自身巨大的优越性。尤其是在我国当下建筑行业发展迅速的大环境下，钢管混凝土模式的使用也是大势所趋。因此,应该大力加强有关于钢管混凝土结构的进一步研究和测试,使其早日在我国普及开来,为我国建筑业的发展的创新和进步助力,同时也为国民经济的发展做出更大的贡献。
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