1、 鋼管混凝土鋼管混凝土特種混凝土課件特種混凝土課件宋少民宋少民鋼管混凝土的發展概況鋼管混凝土的發展概況鋼管混凝土的特點鋼管混凝土的特點鋼管混凝土研究現狀及應用領域鋼管混凝土研究現狀及應用領域鋼管混凝土工程實例鋼管混凝土工程實例鋼管混凝土發展中存在的問題鋼管混凝土發展中存在的問題重重 點點 內內 容容 鋼管混凝土是鋼管套箍混凝土鋼管混凝土是鋼管套箍混凝土(THE (THE CONCRETE-FILLED STEEL TUBULAR CONCRETE-FILLED STEEL TUBULAR STRUCTURE)STRUCTURE)的簡稱。它是由混凝土填入的簡稱。它是由混凝土填入薄壁鋼管內而形成的

2、組合結構材料，是薄壁鋼管內而形成的組合結構材料，是套箍混凝土的一種特殊形式。套箍混凝土的一種特殊形式。 鋼管混凝土柱 鋼管混凝土的定義鋼管混凝土的定義 混凝土受到混凝土受到鋼管壁的緊箍作用，鋼管壁的緊箍作用，強度和韌性可大大提高。強度和韌性可大大提高。 鋼管中鋼管中填充了混凝土，可提高填充了混凝土，可提高結構的穩定性并減少用鋼量。結構的穩定性并減少用鋼量。復合設計原理復合設計原理 鋼管混凝土結構是在鋼結構的基礎鋼管混凝土結構是在鋼結構的基礎上演變和發展起來的上演變和發展起來的, , 鋼管混凝土作鋼管混凝土作為一種結構構件形式早在為一種結構構件形式早在19 19 世紀世紀80 80 年代就已經被

3、人類設計應用。起初僅年代就已經被人類設計應用。起初僅僅是用作橋墩僅是用作橋墩( (早在早在1879 1879 年年, , 英國英國severn severn 鐵路橋橋墩就采用了鋼管混凝鐵路橋橋墩就采用了鋼管混凝土橋墩土橋墩) )。 鋼管混凝土發展及應用鋼管混凝土發展及應用20 20 世紀世紀 20 20 年代美國人在波士頓、紐年代美國人在波士頓、紐約等地修建了約等地修建了鋼管混凝土結構的單層鋼管混凝土結構的單層及多層廠房建筑（最高達層）及多層廠房建筑（最高達層），效，效果顯著。果顯著。1930 1930 年法國人在巴黎建造了一座年法國人在巴黎建造了一座m m 跨度的上承式鋼管混凝土拱橋。跨度的

4、上承式鋼管混凝土拱橋。1937 1937 年前蘇聯采用集束的小年前蘇聯采用集束的小直徑鋼管直徑鋼管混凝土作拱肋建造了橫跨涅瓦河混凝土作拱肋建造了橫跨涅瓦河 101m 101m 跨度的下承式鋼管混凝土拱橋。跨度的下承式鋼管混凝土拱橋。1939 1939 年又在年又在西伯利亞建成了跨度西伯利亞建成了跨度 140m 140m 的鋼管混凝土鐵路拱橋。的鋼管混凝土鐵路拱橋。鋼管混凝土發展及應用鋼管混凝土發展及應用 20 20 世紀世紀 80 80 年代后期，年代后期，由于泵由于泵送混凝土工藝的發展，送混凝土工藝的發展， 較好地較好地解決了現場管內澆灌混凝土的解決了現場管內澆灌混凝土的工藝問題。工藝問題。

5、在高層建筑中，在高層建筑中，鋼鋼管混凝土柱越來越多地取代了管混凝土柱越來越多地取代了傳統的鋼筋混凝土柱和鋼柱。傳統的鋼筋混凝土柱和鋼柱。鋼管混凝土發展及應用鋼管混凝土發展及應用 1994 1994年建成的日本大阪奇愛思年建成的日本大阪奇愛思大廈大廈 22 22 層，高層，高 101m101m， 其雙其雙柱采用了外包填充鋼管混凝土柱采用了外包填充鋼管混凝土結構，鋼管混凝土保證必要的結構，鋼管混凝土保證必要的抗力，外包混凝土部分提供剛抗力，外包混凝土部分提供剛度和充當表面防火層。度和充當表面防火層。鋼管混凝土發展及應用鋼管混凝土發展及應用 19981998年建成的日本東京年建成的日本東京 NISS

6、AY NISSAY AROMAAROMA廣場廣場18 18 層，高層，高 82 m82 m，采，采用了巨型的鋼管混凝土柱（鋼用了巨型的鋼管混凝土柱（鋼管外徑管外徑914.4 mm914.4 mm），），4 4 根巨型根巨型柱集中承擔軸力，使得中庭式柱集中承擔軸力，使得中庭式建筑空間得以實現，提高了建建筑空間得以實現，提高了建筑底部的開放性。筑底部的開放性。鋼管混凝土發展及應用鋼管混凝土發展及應用 8080年代后期，泵灌混凝土工藝逐步完年代后期，泵灌混凝土工藝逐步完善，如泵送混凝土與高位拋落無振搗善，如泵送混凝土與高位拋落無振搗混凝土等新興技術的出現，使現場管混凝土等新興技術的出現，使現場管內澆

7、灌混凝土工藝問題得到了解決，內澆灌混凝土工藝問題得到了解決，從而掀起了鋼管混凝土結構的應用熱從而掀起了鋼管混凝土結構的應用熱潮。潮。9090年代以來年代以來，隨著對大跨、高聳、，隨著對大跨、高聳、重載結構需求的提高，鋼管混凝土結重載結構需求的提高，鋼管混凝土結構在高層和超高層建筑中得到了應用。構在高層和超高層建筑中得到了應用。鋼管混凝土發展及應用鋼管混凝土發展及應用 因此，因此，選擇合理的混凝土微膨脹率，選擇合理的混凝土微膨脹率，以及科學的混凝土配合比，成為施工以及科學的混凝土配合比，成為施工控制的關鍵因素之一。控制的關鍵因素之一。鋼管內部混凝鋼管內部混凝土質量對工程結構安全影響很大，稍土質量

8、對工程結構安全影響很大，稍有不慎，就可能造成質量事故或缺陷，有不慎，就可能造成質量事故或缺陷，如出現管內滯留空氣、混凝土不飽滿、如出現管內滯留空氣、混凝土不飽滿、混凝土與鋼管間有大太的收縮空隙等混凝土與鋼管間有大太的收縮空隙等引起結構承載力下降的現象。引起結構承載力下降的現象。鋼管混凝土的材料特點鋼管混凝土的材料特點 在鋼管中灌注的一般是在鋼管中灌注的一般是C40C40以上以上的高性能微膨脹混凝土，其基本性的高性能微膨脹混凝土，其基本性能為能為: :早期強度高、高流態、緩凝、早期強度高、高流態、緩凝、自密實及可泵性良好自密實及可泵性良好，且具有微應且具有微應力的特點。力的特點。混凝土自身的混凝

9、土自身的微應力微應力，將大大彌補與改善因采用普通灌注將大大彌補與改善因采用普通灌注法造成的法造成的管內混凝土和鋼管問存在管內混凝土和鋼管問存在間隙的缺陷間隙的缺陷。鋼管混凝土的材料特點鋼管混凝土的材料特點結構承載力高結構承載力高 鋼鋼管混凝土組合材料在復合作用管混凝土組合材料在復合作用下形成下形成“緊箍作用緊箍作用”后，鋼管約束后，鋼管約束了混凝土，改變了混凝土的受力狀了混凝土，改變了混凝土的受力狀況，在軸心荷載作用下，況，在軸心荷載作用下，將單向受將單向受壓改變為三向受壓，可延緩其受壓壓改變為三向受壓，可延緩其受壓時的縱向開裂，提高了混凝土的抗時的縱向開裂，提高了混凝土的抗壓強度。壓強度。鋼

10、管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點 結構承載力高結構承載力高 鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點同同時，由于混凝土的填入，時，由于混凝土的填入，可以延可以延緩或避免薄壁鋼管過早地發生局部屈緩或避免薄壁鋼管過早地發生局部屈曲，保證了鋼管的局部穩定性曲，保證了鋼管的局部穩定性。由于。由于兩者的協同承載作用，鋼管混凝土組兩者的協同承載作用，鋼管混凝土組合結構的軸向承載能力可以超過鋼管合結構的軸向承載能力可以超過鋼管和混凝土單獨承載能力之和。而且還和混凝土單獨承載能力之和。而且還可以使結構的抗變形能力明顯增強。可以使結構的抗變形能力明顯增強。結構承載力高結構承載力高 另一方面承載力高，可使構

11、另一方面承載力高，可使構件截面減小，增加使用空間，其件截面減小，增加使用空間，其次構件自重減輕，從而減小基礎次構件自重減輕，從而減小基礎負擔，降低基礎造價。負擔，降低基礎造價。鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點塑性和韌性塑性和韌性 在在鋼管混凝土中，核心混凝土由于鋼管混凝土中，核心混凝土由于受到鋼管的約束，混凝土處于三向受到鋼管的約束，混凝土處于三向受力狀態，受力狀態，這可以有效改變其在使這可以有效改變其在使用過程中的彈性性質，也使破壞時用過程中的彈性性質，也使破壞時產生較大的塑性變形產生較大的塑性變形。鋼管的套箍鋼管的套箍作用大大提高了混凝土的塑性和韌作用大大提高了混凝土的塑性和韌性，

12、克服了單獨受壓時脆性大的缺性，克服了單獨受壓時脆性大的缺點。試驗證明，鋼管混凝土受壓構點。試驗證明，鋼管混凝土受壓構件屬于塑性破壞。件屬于塑性破壞。鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點 塑塑性是指在靜載作用下的塑性變性是指在靜載作用下的塑性變形能力。形能力。鋼管混凝土軸心受壓試驗鋼管混凝土軸心受壓試驗表明，試件壓縮到原長的表明，試件壓縮到原長的3/43/4，縱，縱向應變達向應變達20%20%以上時，試件仍有承以上時，試件仍有承載力，剝去鋼管后，內部混凝土雖載力，剝去鋼管后，內部混凝土雖己有很大的鼓凸褶皺，但仍保待完己有很大的鼓凸褶皺，但仍保待完整，并未松散，且仍有約整，并未松散，且仍有約5

13、%5%的承載的承載力，用錘敲擊后才粉碎脫落。力，用錘敲擊后才粉碎脫落。鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點塑性和韌性塑性和韌性耐火性能好耐火性能好耐火性能差是鋼結構建筑的致命耐火性能差是鋼結構建筑的致命隱患。隱患。在火災高溫環境下，或在急劇降在火災高溫環境下，或在急劇降溫情況下，裸露的混凝土會發生溫情況下，裸露的混凝土會發生崩裂現象。崩裂現象。鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土結構在經受高溫沖擊時，鋼管混凝土結構在經受高溫沖擊時，核心混凝土可以接受鋼管壁傳來的熱核心混凝土可以接受鋼管壁傳來的熱量，使其升溫軟化過程滯后。量，使其升溫軟化過程滯后。即使在即使在鋼管壁發生一定程度

14、的軟化時核心混鋼管壁發生一定程度的軟化時核心混凝土仍然可以保持較高的承載力，使凝土仍然可以保持較高的承載力，使結構不會發生突然破壞或坍塌。結構不會發生突然破壞或坍塌。耐火性能好耐火性能好抗震性能好抗震性能好 抗抗震性能震性能是指在動荷載或地震作是指在動荷載或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。用下，具有良好的延性和吸能性。鋼管混凝土用于高層建筑時，可鋼管混凝土用于高層建筑時，可不受軸壓比的限制而由長細比進不受軸壓比的限制而由長細比進行控制，與鋼筋混凝土柱相比，行控制，與鋼筋混凝土柱相比，柱截面可大大減小，自重也隨之柱截面可大大減小，自重也隨之減小，使得地震作用對結構產生減小，使得地震作用對結構

15、產生的反應也減小。的反應也減小。鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點據有關資料分析，高層建筑中采據有關資料分析，高層建筑中采用鋼管混凝土柱和鋼梁等結構體用鋼管混凝土柱和鋼梁等結構體系比采用鋼筋混凝土結構系比采用鋼筋混凝土結構自重可自重可以減少以減少1/3-1/21/3-1/2，地震作用可減，地震作用可減小一半。小一半。鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點抗震性能好抗震性能好圓鋼混凝土任意軸均為對稱軸，圓鋼混凝土任意軸均為對稱軸，在各在各個方向的慣性矩、強度均相等，因此它個方向的慣性矩、強度均相等，因此它非常適合受不確定方向地震作用、風載非常適合受不確定方向地震作用、風載作用的高層建筑。

16、作用的高層建筑。在壓彎反復荷載作用在壓彎反復荷載作用下，彎矩曲率滯回曲線表明，結構的吸下，彎矩曲率滯回曲線表明，結構的吸能性能特別好，無剛度退化，且無下降能性能特別好，無剛度退化，且無下降段，和不喪失局部穩定性的鋼柱相同。段，和不喪失局部穩定性的鋼柱相同。抗震性能好抗震性能好鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點 施工方便施工方便 與與混凝土結構相比，混凝土結構相比，鋼管本鋼管本身就是耐側壓的模板，因此在身就是耐側壓的模板，因此在澆灌混凝土時可以免去支模、澆灌混凝土時可以免去支模、拆模等一系列工序拆模等一系列工序。鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點 同同時，鋼管還是時，鋼管還是“鋼筋鋼

17、筋”，它兼，它兼有混凝土柱縱向受拉、受壓鋼筋有混凝土柱縱向受拉、受壓鋼筋和橫向鋼筋的作用，因此管內無和橫向鋼筋的作用，因此管內無需放置縱筋和箍筋，為混凝土的需放置縱筋和箍筋，為混凝土的澆灌與振搗帶來很大方便。澆灌與振搗帶來很大方便。 施工方便施工方便鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點 鋼鋼管的制作遠比鋼筋骨架的綁管的制作遠比鋼筋骨架的綁扎省工得多扎省工得多 尤尤其是在北方嚴寒地區，還可其是在北方嚴寒地區，還可以在冬季安裝空鋼管組成的框架以在冬季安裝空鋼管組成的框架或構架，開春后再澆灌混凝土，或構架，開春后再澆灌混凝土，從而爭取時間，加快建設速度。從而爭取時間，加快建設速度。鋼管混凝土的性

18、能特點鋼管混凝土的性能特點 施工方便施工方便 施工方便施工方便 而而且，在澆筑后，鋼管內處于且，在澆筑后，鋼管內處于相當穩定的溫度條件，水分不易相當穩定的溫度條件，水分不易蒸發，省去澆水養護工序，簡化蒸發，省去澆水養護工序，簡化了混凝土的養護工藝。了混凝土的養護工藝。鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點施工方便施工方便 與與鋼構件相比鋼構件相比, ,鋼管混凝土結構構造簡鋼管混凝土結構構造簡單單, ,焊縫少焊縫少, ,制作工藝要求也可適當降低制作工藝要求也可適當降低. .由于空鋼管比鋼構件、鋼筋混凝土預制由于空鋼管比鋼構件、鋼筋混凝土預制構件自重輕，因此現場吊裝、運輸費用構件自重輕，因此現場

19、吊裝、運輸費用都可大大減少。都可大大減少。而且采用鋼管混凝土也而且采用鋼管混凝土也為逆作法施工提供條件，地上、地下同為逆作法施工提供條件，地上、地下同時進行施工可節省地下基礎與地下室施時進行施工可節省地下基礎與地下室施工時間，并為現場施工帶來很大方便。工時間，并為現場施工帶來很大方便。鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點 鋼管混凝土施工現場鋼管混凝土施工現場 鋼管混凝土的性能特點鋼管混凝土的性能特點經濟效果顯著經濟效果顯著 實踐表明，鋼管混凝土與鋼結構相比，實踐表明，鋼管混凝土與鋼結構相比，在保持自重相近和承載力相同的條件下，在保持自重相近和承載力相同的條件下，可節省鋼材可節省鋼材50%5

20、0%，并節省大量的焊接工作，并節省大量的焊接工作; ;與普通鋼筋混凝土相比，在保持鋼材用量與普通鋼筋混凝土相比，在保持鋼材用量相近和承載力相同的條件下，構件的橫截相近和承載力相同的條件下，構件的橫截面積可減少一半，從而使建筑空間得到加面積可減少一半，從而使建筑空間得到加大，混凝土和水泥用量以及構件自重相應大，混凝土和水泥用量以及構件自重相應減少減少50%50%。另外，鋼管混凝土本身的施工特另外，鋼管混凝土本身的施工特點符合現代施工技術工業化的要求，可大點符合現代施工技術工業化的要求，可大量節約人工費用，降低工程造價。量節約人工費用，降低工程造價。 深圳塞格廣場深圳塞格廣場 深圳賽格廣場大廈深圳

21、賽格廣場大廈 ，柱子最大軸壓達，柱子最大軸壓達9x109x104 4kNkN，截面，截面1600mmx28mm,1600mmx28mm,采用采用Q345Q345鋼鋼和和C60C60混凝土。若要設計成鋼筋混凝土柱，混凝土。若要設計成鋼筋混凝土柱，則為則為2200mmx2400mm2200mmx2400mm和和C60C60混凝土，截面混凝土，截面面積增大一倍以上。面積增大一倍以上。該工程由于采用鋼該工程由于采用鋼管混凝土柱，與鋼筋混凝土柱相比，多管混凝土柱，與鋼筋混凝土柱相比，多了了3000m3000m2 2的使用面積，的使用面積，同時省去了大量同時省去了大量混凝土，減輕自重混凝土，減輕自重60%

22、60%以上，和鋼柱相比，以上，和鋼柱相比，雖然增加了自重，但在柱子所占空間相雖然增加了自重，但在柱子所占空間相差不大的情況下，耗鋼量節約差不大的情況下，耗鋼量節約50%50%以上。以上。 摻加鈣釩石類膨脹劑的水泥水化摻加鈣釩石類膨脹劑的水泥水化過程中最顯著的特點是在水化早期過程中最顯著的特點是在水化早期和后期水泥石中都有和后期水泥石中都有大量的鈣礬石大量的鈣礬石生成生成，這也是膨脹產生的主要原因。，這也是膨脹產生的主要原因。 自由養護條件下，摻加膨脹劑的自由養護條件下，摻加膨脹劑的 水泥混凝土微觀結構較為疏松，硬水泥混凝土微觀結構較為疏松，硬 化水泥石漿體及集料化水泥石漿體及集料漿體界面區漿體

23、界面區 中有較多的裂縫存在。中有較多的裂縫存在。 限制養護條件下，膨脹混凝土限制養護條件下，膨脹混凝土的微觀結構得到了有效改善，特別的微觀結構得到了有效改善，特別是集料是集料水泥石界面區得到了增強水泥石界面區得到了增強和密實和密實 在剛性限制條件下，鋼在剛性限制條件下，鋼膨脹水泥石界膨脹水泥石界面區的微觀結構要顯著優于鋼面區的微觀結構要顯著優于鋼普通水泥普通水泥石界面區的微觀結構，具體表現在以下幾石界面區的微觀結構，具體表現在以下幾個方面：個方面：在剛性限制條件下，膨脹水泥石表面層中的在剛性限制條件下，膨脹水泥石表面層中的Ca(OH)Ca(OH)2 2取向度取向度值在各齡期時都低于純水泥值在各

24、齡期時都低于純水泥石表面的石表面的Ca(OH)Ca(OH)2 2取向度。取向度。 膨脹水泥石界面區和基體中膨脹水泥石界面區和基體中Ca(OH)Ca(OH)2 2和和AftAft的晶的晶粒尺寸都小于普通水泥石相應區域內的晶粒尺粒尺寸都小于普通水泥石相應區域內的晶粒尺寸。寸。 膨脹水泥石和普通水泥石緊靠鋼表面一側的界膨脹水泥石和普通水泥石緊靠鋼表面一側的界面區中，面區中，CaCa+ +,Si,Si4+4+,Al,Al3+3+和和SOSO2-2-4 4等離子的富集規等離子的富集規律并不相同律并不相同 。受限條件下膨脹混凝的受限條件下膨脹混凝的收縮機理及收縮模收縮機理及收縮模型 膨脹混凝土中最重要的體

25、積變形就是膨脹混凝土中最重要的體積變形就是膨脹與收縮。在沒有外載荷作用下，普通膨脹與收縮。在沒有外載荷作用下，普通混凝土主要有混凝土主要有塑性收縮；自收縮；冷縮；塑性收縮；自收縮；冷縮；干燥收縮；碳化收縮和沉縮干燥收縮；碳化收縮和沉縮六種收縮變形。六種收縮變形。其中以下三種是造成鋼管混凝土體積收縮其中以下三種是造成鋼管混凝土體積收縮變形的主要因素：變形的主要因素： 降溫冷縮降溫冷縮自收縮自收縮徐變收縮徐變收縮各種收縮復合疊加可得收縮公式，表各種收縮復合疊加可得收縮公式，表示為：示為： S S2m2m=S=Se e+S+St t+S+Sa a+S+Sc c+S+Sp p 式中：式中：S S2m2

26、m達到穩定的限制收縮率達到穩定的限制收縮率 S Se e彈性壓縮彈性壓縮 S St t冷縮冷縮 S Sa a自收縮自收縮 S Sc c徐變收縮徐變收縮 S Sp p塑性收縮塑性收縮圖圖 29 29 相對收縮率與齡期的關系相對收縮率與齡期的關系1:1:總收縮率總收縮率; 2:; 2:自收縮自收縮 ; 3:; 3:冷縮冷縮; 4:; 4:徐變收縮徐變收縮; ; 5: 5: 彈性和塑性收縮彈性和塑性收縮剛性限制條件下補償收縮剛性限制條件下補償收縮膨脹原理膨脹原理 關于利用混凝土的體積膨脹來補償收縮的原理，目前有三種解釋方法：第一種 認為混凝土的自由膨脹率大于自由收縮率就可以保證不出現收縮；第二種 解

27、釋是用適易的限制膨脹來補償最大的限制收縮；第三種 解釋方法是利用膨脹能的概念，不論是補償收縮還是自應力，產生這兩種功能的根源均是混凝土的膨脹能。 剛性限制條件下核心混凝土剛性限制條件下核心混凝土膨脹模型的建立膨脹模型的建立膨脹變形主要包括三種體積增大的行為：膨脹變形主要包括三種體積增大的行為： 膨脹膨脹 它是由于水泥石中鈣礬石、它是由于水泥石中鈣礬石、氫氧化鈣或氫氧氫氧化鈣或氫氧 化鎂等晶體的形成而化鎂等晶體的形成而造成的體積增大。造成的體積增大。 彈性伸長彈性伸長 由于收縮使混凝土卸去由于收縮使混凝土卸去原來的壓力荷載，恢復因彈性壓縮所減原來的壓力荷載，恢復因彈性壓縮所減少的尺寸。少的尺寸。

28、 瞬時塑性伸長瞬時塑性伸長 在混凝土中出現拉在混凝土中出現拉應力后發生應力后發生 。 圖中各曲線的含義為：膨脹混凝土自由膨脹曲線1；膨脹能大的膨脹混凝土扣除剛性 限制收縮而得到的理論膨脹曲線1-S2m；膨脹能大的膨脹混凝土實際膨脹的曲線2m=0；曲線考慮彈性回伸后的實際膨脹曲線；膨脹能波折膨脹混凝土扣除剛性限制收縮而得到的理論變形曲線1-S2m；膨脹混凝土限制收縮曲線S2m；普通混凝土實際變形曲線2m； 對于剛性限制條件下的鋼管膨脹混凝土，限對于剛性限制條件下的鋼管膨脹混凝土，限制膨脹率制膨脹率 2m2m00，（，（2m2m 0 0表示收縮）。這種限制表示收縮）。這種限制條件下的條件下的補償收

29、縮（膨脹）模型補償收縮（膨脹）模型可以用下圖表示。可以用下圖表示。 剛性限制條件下核心混凝土膨脹模型剛性限制條件下核心混凝土膨脹模型的建立對于高強膨脹混凝土的材料設計的建立對于高強膨脹混凝土的材料設計具有非常重要的意義，它告訴我們必須具有非常重要的意義，它告訴我們必須研制出膨脹能大、膨脹穩定期長的新型研制出膨脹能大、膨脹穩定期長的新型膨脹材料，來取代傳統的膨脹材料，在膨脹材料，來取代傳統的膨脹材料，在核心混凝土中建立強有力的后期膨脹，核心混凝土中建立強有力的后期膨脹，才能始終保持最終的限制變形率才能始終保持最終的限制變形率2m2m=0=0， 使核心混凝土的膨脹率大小與強度發展使核心混凝土的膨脹

30、率大小與強度發展相適應，即在核心混凝土中建立較高的相適應，即在核心混凝土中建立較高的自應力，但又不因膨脹而使混凝土的結自應力，但又不因膨脹而使混凝土的結構破壞，以此來改善鋼管膨脹混凝土的構破壞，以此來改善鋼管膨脹混凝土的性能。性能。這種設計思想和理論可稱之為高這種設計思想和理論可稱之為高能延遲膨脹理論能延遲膨脹理論，它是適用于鋼管混凝，它是適用于鋼管混凝土的特有的膨脹理論，也是我們今后膨土的特有的膨脹理論，也是我們今后膨脹材料研究的理論依據。脹材料研究的理論依據。 隨著鋼管混凝土柱在工程中應用的增多，隨著鋼管混凝土柱在工程中應用的增多，不少發達國家和地區編制了相應的設計不少發達國家和地區編制了

31、相應的設計規程，其中主要有歐洲標準化委員會編規程，其中主要有歐洲標準化委員會編制的制的Eurocode4 (EC4)Eurocode4 (EC4)，英國的，英國的BS5400,BS5400,美國的美國的ACI318-89ACI318-89、SSLCSSLC（19791979）和）和LRFDLRFD（19941994）以及日本的）以及日本的AIJAIJ（19801980，19971997）。）。研究及應用領域研究及應用領域研究現狀研究現狀 目目前國內關于鋼管混凝土結構的設前國內關于鋼管混凝土結構的設計還沒有國家標準，僅有部分行業制計還沒有國家標準，僅有部分行業制定了相關設計規程，主要有國家建材定

32、了相關設計規程，主要有國家建材工業局編制的工業局編制的鋼管混凝土設計與施鋼管混凝土設計與施工規程工規程 (JCJOl-89) (JCJOl-89), ,中國工程建設中國工程建設標準化協會編制的標準化協會編制的鋼管混凝土設計鋼管混凝土設計及施工規程及施工規程(CECS28:90)(CECS28:90)和電力行和電力行業編制的業編制的鋼一混凝土組合結構設計鋼一混凝土組合結構設計規程規程(DL/(DL/下下5085-1999)5085-1999)。研究及應用領域研究及應用領域 對對于鋼管混凝土短柱承載力的計算，于鋼管混凝土短柱承載力的計算，美國和日本都采用了簡單的累加方法，美國和日本都采用了簡單的累

33、加方法，沒有考慮鋼管約束效應對提高混凝土沒有考慮鋼管約束效應對提高混凝土強度的貢獻強度的貢獻; ;歐洲、英國和我國的設計歐洲、英國和我國的設計規程考慮了圓形鋼管對混凝土的約束規程考慮了圓形鋼管對混凝土的約束作用，但僅僅限于簡單的強度疊加，作用，但僅僅限于簡單的強度疊加，對于共同作用還缺乏深人的分析。對于共同作用還缺乏深人的分析。研究及應用領域研究及應用領域 目前對鋼管混凝土的研究主要集中在以目前對鋼管混凝土的研究主要集中在以下幾個方面下幾個方面 (1)(1)鋼管混凝土結構火滅后性能的研究鋼管混凝土結構火滅后性能的研究; ; (2)(2)鋼管混凝土結構體系抗震性能的研究鋼管混凝土結構體系抗震性能

34、的研究; ; (3)(3)方鋼管混凝土柱力學性能的研究方鋼管混凝土柱力學性能的研究; ; (4)(4)鋼管混凝土柱、梁節點的研究。鋼管混凝土柱、梁節點的研究。研究及應用領域研究及應用領域主要應用領域高層建筑工程地鐵車站工程大跨度橋梁工程研究及應用領域研究及應用領域 高層建筑工程中的應用高層建筑工程中的應用 在高層建筑結構中，鋼管混凝土具有在高層建筑結構中，鋼管混凝土具有很大的優勢很大的優勢: :具有承載力高，抗震性能好具有承載力高，抗震性能好的特點，既可以取代鋼筋混凝土柱，的特點，既可以取代鋼筋混凝土柱，解解決高層建筑結構中普通鋼筋混凝土結構決高層建筑結構中普通鋼筋混凝土結構底部的底部的“胖柱

35、胖柱”問題和高強鋼筋混凝土問題和高強鋼筋混凝土結構中柱的脆性破壞問題結構中柱的脆性破壞問題; ;也可以取代鋼也可以取代鋼結構體系中的鋼柱，以減少鋼材用量，結構體系中的鋼柱，以減少鋼材用量，提高結構的抗側移剛度。提高結構的抗側移剛度。研究及應用領域研究及應用領域 建于1995年的廣州好世界廣場大廈位于廣州市花園酒店西側,環市東路與建設六馬路交匯處的繁華地段,地上33層, 地下3層,地上總高度為116.3m. 占地面積3522,建筑面積57000,是國內第一座采用C60級鋼管高強混凝土柱的超高層建筑.按7度地震設計. 天津今晚報大廈建于天津今晚報大廈建于19991999年年, ,位于天津市南京路與

36、位于天津市南京路與南開三馬路交匯處東北側南開三馬路交匯處東北側, ,占地面積占地面積1.61.6萬萬, ,總建筑面總建筑面積積8.28.2萬萬. .地下兩層地下兩層, ,地上地上3838層層, ,總高度為總高度為137m.137m.集辦公、集辦公、寫字樓和公寓于一體寫字樓和公寓于一體, ,是采用是采用C60C60級鋼管高強混凝土柱的級鋼管高強混凝土柱的第二座超高層建設第二座超高層建設. .按按7 7度地震設計度地震設計. 重慶民族廣場大廈建于重慶民族廣場大廈建于19991999年年, ,高高210m,210m,采用強采用強度等級為度等級為C60C60混凝土混凝土, ,鋼鋼管為管為3 3號鋼號鋼

37、 120012001616 廣州翠湖山莊建于廣州翠湖山莊建于19981998年年, ,高高98.4m,98.4m,采用強度等采用強度等級為級為C60C60混凝土混凝土, ,鋼管為鋼管為3 3號鋼號鋼 80080016 16 廣州芳草園大廈廣州芳草園大廈, ,高高99m,99m,采采用強度等級為用強度等級為C60C60混凝土混凝土, ,鋼鋼管為管為16Mn 16Mn ，90090015 15 福州環球廣場大廈建于福州環球廣場大廈建于19971997年年, ,高高121.7m,121.7m,采用強度等級采用強度等級為為C60C60混凝土混凝土, ,鋼管為鋼管為 廣州新達城大廈廣州新達城大廈, ,高

38、高99.8m,99.8m,采采用強度等級為用強度等級為C60C60混凝土混凝土, ,鋼管鋼管為為3 3號鋼號鋼 1000100014 14 昆明邦克大廈昆明邦克大廈, ,高高126.1m,126.1m,采用強度等級采用強度等級為為C60C60混凝土混凝土, ,鋼管鋼管3 3號號鋼鋼 80080014 14 大跨度橋梁工程的應用大跨度橋梁工程的應用 隨著經濟的迅速發展，需要建造能夠跨越江河、隨著經濟的迅速發展，需要建造能夠跨越江河、海灣和山谷的，安全、經濟且輕盈美觀的大跨度橋海灣和山谷的，安全、經濟且輕盈美觀的大跨度橋梁。目前，鋼管混凝土已經被廣泛地應用于拱橋結梁。目前，鋼管混凝土已經被廣泛地應

39、用于拱橋結構中，也開始應用于斜拉橋結構中。在拱橋結構中，構中，也開始應用于斜拉橋結構中。在拱橋結構中，鋼管混凝土構件主要用來承受軸向壓力。拱橋的跨鋼管混凝土構件主要用來承受軸向壓力。拱橋的跨度很大時，拱肋將承受很大的軸向壓力，采用鋼管度很大時，拱肋將承受很大的軸向壓力，采用鋼管混凝土構件是非常合理的。另外，鋼管可以作為橋混凝土構件是非常合理的。另外，鋼管可以作為橋梁安裝架設階段的勁性骨架和灌注混凝土的模板。梁安裝架設階段的勁性骨架和灌注混凝土的模板。因此，鋼管混凝土被認為是建造大跨度拱橋的一種因此，鋼管混凝土被認為是建造大跨度拱橋的一種比較理想的復合結構材料。比較理想的復合結構材料。 萬縣長江

40、公路大橋位于重慶市萬縣上游萬縣長江公路大橋位于重慶市萬縣上游7km7km處，處，是成都上海國道主干線上跨長江的一座特大公是成都上海國道主干線上跨長江的一座特大公路橋梁。路橋梁。19941994年年5 5月月2828日正式開工，日正式開工，19971997年年6 6月月2828日建成通車。主橋采用以鋼管高強混凝土為勁性日建成通車。主橋采用以鋼管高強混凝土為勁性骨架的上承式高強混凝土拱橋骨架的上承式高強混凝土拱橋 . .日本高速鐵路上的高架橋日本高速鐵路上的高架橋鋼管混凝土主梁與混凝土頂板的組合梁鋼管混凝土主梁與混凝土頂板的組合梁跨徑：跨徑：34.95m+36.0m+34m34.95m+36.0m

41、+34m鋼管內填充輕質混凝土鋼管內填充輕質混凝土360m 360m 廣州丫髻沙特大橋廣州丫髻沙特大橋 三跨連續自錨式中承式鋼管混凝土拱橋。拱肋三跨連續自錨式中承式鋼管混凝土拱橋。拱肋由由6 6 750750鋼管混凝土組成，內填鋼管混凝土組成，內填C60C60混凝土混凝土. . 1998浙江義烏80米賓王橋 單肋鋼管混凝土系桿拱橋，中跨矢跨比1/5，矢高15.6m；邊跨矢跨比1/4.5，矢高11.87m 。19981998年浙江義烏年浙江義烏80m80m賓王橋賓王橋, ,單肋鋼管混凝土系桿橋單肋鋼管混凝土系桿橋. .1990四川旺蒼115米東河橋 下承式鋼管混凝土預應力系桿拱橋，鋼管拱下承式鋼管

42、混凝土預應力系桿拱橋，鋼管拱肋實際上是一種復合材料，在破壞荷載作用下，肋實際上是一種復合材料，在破壞荷載作用下，鋼管不僅起縱筋的作用，而且對混凝土起螺旋箍鋼管不僅起縱筋的作用，而且對混凝土起螺旋箍筋的作用，以提高構件的承載能力。在施工階段，筋的作用，以提高構件的承載能力。在施工階段，鋼管起著勁性骨架的作用。鋼管起著勁性骨架的作用。 地鐵車站工程中的應用地鐵車站工程中的應用 地鐵車站是我國最早采用鋼管混凝地鐵車站是我國最早采用鋼管混凝土結構的工程項目，早期的地鐵車站是土結構的工程項目，早期的地鐵車站是深理地下的多跨結構，深理地下的多跨結構，采用鋼管混凝土采用鋼管混凝土主要是利用其承載力高的特點主

43、要是利用其承載力高的特點，以減小，以減小柱子的截面尺寸，有效地利用空間。柱子的截面尺寸，有效地利用空間。 工程實例 巫山縣巫山長江大橋位于巫山縣巫山長江大橋位于巫峽入口處，是目前世界第一巫峽入口處，是目前世界第一大跨徑鋼管混凝土中承式拱橋，大跨徑鋼管混凝土中承式拱橋，其主拱肋為鋼管混凝土組成桁其主拱肋為鋼管混凝土組成桁架結構，凈跨徑為架結構，凈跨徑為460m460m，上弦，上弦鋼管弧長鋼管弧長551.66m551.66m，下弦鋼管弧，下弦鋼管弧長長538.26m538.26m，凈矢跨比，凈矢跨比1/3.8,1/3.8,拱拱腳至拱頂高度約為腳至拱頂高度約為128m128m，拱頂，拱頂截面高為截面

44、高為7m7m，拱腳截面高為，拱腳截面高為14m.14m. 肋寬為肋寬為4.14m4.14m，每肋由，每肋由上、下各兩根上、下各兩根1220X22mm1220X22mm鋼鋼管、內灌管、內灌C60C60鋼管混凝土弦鋼管混凝土弦桿組成，每根鋼管混凝土的桿組成，每根鋼管混凝土的灌注量約為灌注量約為600m600m3 3。 該工程對混凝土技術性能要求：該工程對混凝土技術性能要求：3d和28d抗壓強度分別不小于抗壓強度分別不小于50MPa和和69MPa外，還必須具有可泵性好，自密實，即外，還必須具有可泵性好，自密實，即混凝土粘聚性好，經混凝土粘聚性好，經60m溜槽后不離析，溜槽后不離析，不泌水，初始坍落度

45、大于不泌水，初始坍落度大于23cm，擴展度，擴展度大于大于60cm, 4h, 4h坍落度大于坍落度大于18cm18cm，擴展度，擴展度大于大于45cm,45cm,混凝土初凝大于混凝土初凝大于20h, ,終凝終凝21h25h. C 60C 60微膨脹鋼管混凝土微膨脹鋼管混凝土 配合比設計及性能配合比設計及性能 1 原材料的選擇 1.1 1.1 水泥及礦物摻合料水泥及礦物摻合料 P.0 52.5P.0 52.5級水泥和級水泥和I I級粉煤灰級粉煤灰 1.2 1.2 膨脹劑膨脹劑 該橋選用的是高能延遲膨脹劑該橋選用的是高能延遲膨脹劑BEABEA 1.3 1.3 減水劑減水劑 高效減水保塑劑高效減水保

46、塑劑FDN-9003,FDN-9003,使配使配制的制的C60C60鋼管混凝土工作性能滿足鋼管混凝土工作性能滿足施工要求，混凝土含氣量為施工要求，混凝土含氣量為1.7%1.7%。1.4 1.4 集料集料 砂砂: :選用河砂，細度模數選用河砂，細度模數2.6,2.6,含含泥量泥量0.6%0.6% 碎石碎石:5 25mm:5 25mm連續級配，壓碎連續級配，壓碎值值6.9%6.9%，針片狀含量，針片狀含量5.6%5.6% 現場施工情況現場施工情況 巫巫山長江大橋鋼管混凝土現場施山長江大橋鋼管混凝土現場施工情況表明，采用所提供的配合比，工情況表明，采用所提供的配合比，配制的混凝土具有可泵性好、早強、

47、配制的混凝土具有可泵性好、早強、高強和補償收縮等性能。混凝土不高強和補償收縮等性能。混凝土不離析、不泌水，初始坍落度離析、不泌水，初始坍落度23cm23cm，擴展度擴展度62cm62cm，拌和物，拌和物4h4h后的坍落度后的坍落度19cm19cm。現場留樣檢測結果表明。現場留樣檢測結果表明:3d:3d平平均抗壓強度為均抗壓強度為56MPa. 28d56MPa. 28d平均抗壓平均抗壓強度為強度為79MPa. 79MPa. 混凝土混凝土60d60d膨脹穩定，膨脹穩定，自由膨脹率為自由膨脹率為6.1 X l06.1 X l0-4-4。 武漢市江漢三橋是市武漢市江漢三橋是市中心內環線交通樞紐工程中心

48、內環線交通樞紐工程. .主橋為單孔凈跨主橋為單孔凈跨280m280m下承下承式鋼管混凝上拱橋式鋼管混凝上拱橋. .橋梁橋梁全長全長302.926m.302.926m.計算跨徑計算跨徑為為283.598m,283.598m,鋼管直徑為鋼管直徑為1.0m.1.0m.核心混凝上要求核心混凝上要求為為C50C50泵送補償收縮混凝泵送補償收縮混凝土上共計土上共計2306.27m2306.27m3 3 對混凝土性能要求如下對混凝土性能要求如下: : (1) (1)鋼管混凝上設計強度為鋼管混凝上設計強度為50MPa.50MPa.施工配施工配制強度制強度fcu,o58.3MPa,fcu,o58.3MPa,混凝

49、上混凝上3d3d抗壓強抗壓強度度設計強度的設計強度的70% .70% .即即3d3d抗壓強度抗壓強度 35MPa 35MPa (2) (2)混凝上具有良好的可泵性混凝上具有良好的可泵性. .即坍落度大、即坍落度大、和易性好、不泌水、不離析、自密實。和易性好、不泌水、不離析、自密實。 (3)(3)混凝上具有補償收縮性混凝上具有補償收縮性. .其自由膨脹率其自由膨脹率為為 0.02%-0.04%.0.02%-0.04%.自應力值為自應力值為0.6-1. 0.6-1. 5MPa5MPa。相應的指標見表。相應的指標見表1 1所示。所示。 原材料及配合比原材料及配合比 a.a.水泥水泥: :華新水泥廠生

50、產的華新水泥廠生產的525#525#普通硅普通硅酸鹽水泥酸鹽水泥; ; b. b.粉煤灰粉煤灰: :武漢華電實業有限公司武漢華電實業有限公司級級粉煤灰粉煤灰; ; c. c.膨脹劑：混凝土膨脹劑膨脹劑：混凝土膨脹劑EA;EA; d.d.細集料細集料: :巴河中砂，細度模數巴河中砂，細度模數2. 2. 6-2. 86-2. 8，含泥量，含泥量0.8%;0.8%; e. e.粗集料粗集料: :陽新碎石，陽新碎石，5-20mm5-20mm，連續，連續級配，壓碎值級配，壓碎值9.8%9.8%，針片狀含量，針片狀含量12.9%12.9%，含泥量為，含泥量為0.7% ;0.7% ; f. f.塑化劑塑化劑: :武鋼浩源外加劑廠生產的武鋼浩源外加劑廠生產的FDN-9001FDN-9001高效減水劑。高效減水劑。 現場施工情況現場施工情況 江漢三橋鋼管混凝土現場施工情況表明江漢三橋鋼管混凝土現場施工情況表明. .采用所采用所提供的鋼管混凝上配合比，混凝上具有可泵性好、提供的鋼管混凝上配合比，混凝上具有可泵性好、旱強、高強和補償收縮等性能旱強、高強和補償收縮等性能. .混凝土不離析、不泌混凝土不離析、不泌水水. .初始坍