钢管混凝土学习.pptx
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1、钢管混凝土结构钢管混凝土结构1)极限承载力和稳定承载力2)钢管混凝土短柱的承载力计算3)钢管混凝土长柱的承载力计算4)钢管混凝土短偏压柱的承载力计算 三三 计计算算理理论论Concrete-Filled Steel Tube 第1页/共63页钢管混凝土结构钢管混凝土结构钢管混凝土按照截面截面分类a)a)圆形钢管混凝土柱圆形钢管混凝土柱b)b)方形钢管混凝土柱方形钢管混凝土柱c)c)矩形钢管混凝土柱矩形钢管混凝土柱d)d)多边形钢管混凝土柱多边形钢管混凝土柱第2页/共63页钢管混凝土结构钢管混凝土结构钢管混凝土按照截面截面分类e e)矩形中空夹层钢管混)矩形中空夹层钢管混凝土柱凝土柱f f)圆形
2、中空夹层钢管混)圆形中空夹层钢管混凝土柱凝土柱第3页/共63页钢管混凝土结构特性钢管混凝土结构特性特性受力性能好抗震性能优越制作与施工方便防火性能好耐久性能好经济效益好第4页/共63页钢管混凝土结构特性钢管混凝土结构特性特性 一受力性能好 在受压状态下,核心混凝土处于在受压状态下,核心混凝土处于三向受压三向受压状状态大大提高了混凝土的抗压强度。态大大提高了混凝土的抗压强度。同时同时内部的混凝土作为钢管的支撑增强了其内部的混凝土作为钢管的支撑增强了其稳定性稳定性。而而钢管对内部混凝土起套箍作用钢管对内部混凝土起套箍作用。钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承
3、载力和混凝土柱承载力之和,并具有很好变形能载力和混凝土柱承载力之和,并具有很好变形能力,非常适宜做为抗压构件。力,非常适宜做为抗压构件。第5页/共63页钢管混凝土结构特性钢管混凝土结构特性特性 二抗震性能优越 在压弯反复荷载作用下,弯矩曲率在压弯反复荷载作用下,弯矩曲率滞回曲滞回曲线线表明,结构的表明,结构的吸能性能特别好吸能性能特别好,基本,基本无刚无刚度退化度退化,与不丧失局部稳定性的钢柱相同。,与不丧失局部稳定性的钢柱相同。但在一些建筑中,钢柱常常要采用很厚的但在一些建筑中,钢柱常常要采用很厚的钢板以确保局部稳定性,但经常发生塑性弯钢板以确保局部稳定性,但经常发生塑性弯曲后丧失局部稳定。
4、因此,钢管混凝土柱的曲后丧失局部稳定。因此,钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱抗震性能也优于钢柱。此外,在层建筑中钢管混凝柱和钢筋混凝此外,在层建筑中钢管混凝柱和钢筋混凝土柱相比,钢管混凝土柱的土柱相比,钢管混凝土柱的自重大幅度减小自重大幅度减小,地震作用引起的地震作用引起的地震反应也将减小地震反应也将减小。第6页/共63页钢管混凝土结构特性钢管混凝土结构特性特性 三制作与施工方便 在钢管混凝土结构施工时,钢管可以作为劲在钢管混凝土结构施工时,钢管可以作为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量,施性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量,施工工不受混凝土养护时间不受混凝土养护时间的影响。的影响。
5、和钢筋混凝土柱相比,由于和钢筋混凝土柱相比,由于钢管本身就是耐钢管本身就是耐侧压的模板侧压的模板,因此在浇筑混凝土时可以免去支模、,因此在浇筑混凝土时可以免去支模、拆模等工和料。拆模等工和料。从施工过程看,制作钢管远比制作钢筋骨架省从施工过程看,制作钢管远比制作钢筋骨架省工得多,而且便于浇筑。工得多,而且便于浇筑。钢管钢管本身就是劲性结构本身就是劲性结构构件,构件,在施工阶段可以起劲性钢骨架的作用在施工阶段可以起劲性钢骨架的作用,节,节省了省了许多支撑构件和脚手架许多支撑构件和脚手架,简化了施工安装工,简化了施工安装工艺艺。第7页/共63页钢管混凝土结构特性钢管混凝土结构特性特性 四 防火性能
6、好 钢结构的耐火性能较差是这类结构安全钢结构的耐火性能较差是这类结构安全的致命隐患。在火灾等高温影响下,的致命隐患。在火灾等高温影响下,钢构件钢构件由于由于软化承载能力急剧下降软化承载能力急剧下降。而钢管混凝土由于钢管内填有而钢管混凝土由于钢管内填有混凝土混凝土,能吸收大量的热能能吸收大量的热能,混凝土的导热系数低而,混凝土的导热系数低而比热大,使其比热大,使其升温软化过程滞后升温软化过程滞后。即使管壁发生一定程度的软化即使管壁发生一定程度的软化仍可保持仍可保持较高的承载力较高的承载力,使结构,使结构不至于突然破坏不至于突然破坏或或坍坍塌塌。第8页/共63页钢管混凝土结构特性钢管混凝土结构特性
7、特性 五耐久性能好在在钢钢管管混混凝凝土土结结构构中中,在在钢钢管管的的封封闭闭状状态态下下核核心心混混凝凝土土与与外外界界侵侵蚀蚀介介质质相相隔隔绝绝,避避免免了了发发生生不不利利化化学学反反应应从从而而混混凝凝土土的的耐耐久久性性得得到到改善。改善。由由于于钢钢管管内内部部填填充充了了碱碱性性的的混混凝凝土土,其其内内壁壁与与混混凝凝土土紧紧密密相相连连,无无需需采采用用其其他他防防腐腐措措施施,只只需需对对钢钢管管外外部部进进行行防防腐腐处处理理,使使得得维维护护较较为方便,并提高经济效益。为方便,并提高经济效益。第9页/共63页钢管混凝土结构特性钢管混凝土结构特性特性 六经济效益好钢钢
8、管管混混凝凝土土由由于于具具有有较较强强的的承承载载力力,综综合合了了钢钢材材与与混混凝凝土土的的优优点点,克克服服了了原原有有的的不不足足,并并能能产产生生一一些些新新的的优优异异性性能能,大大大大扩扩展展了了其其应用空间与领域。应用空间与领域。综综合合考考虑虑材材料料、施施工工成成本本及及维维护护保保养养费费用用,具有较好的具有较好的经济效益经济效益。第10页/共63页钢管混凝土结构发展现状钢管混凝土结构发展现状 18791879年英国赛文(年英国赛文(severnsevern)铁路)铁路桥桥在桥墩的设计中就是采用的钢管混凝土,在桥墩的设计中就是采用的钢管混凝土,当初设计者在设计的时候,对
9、当初设计者在设计的时候,对内部防锈内部防锈这这一问题反复思考,最后采用了将混凝土注一问题反复思考,最后采用了将混凝土注入到钢管中来入到钢管中来防止其内部生锈防止其内部生锈,在后来的,在后来的受力分析中,发现在钢管内部注入混凝土受力分析中,发现在钢管内部注入混凝土不仅可以起到防锈的作用还可以适当的不仅可以起到防锈的作用还可以适当的提提高柱的强度高柱的强度,这一发现开始有了钢管混凝,这一发现开始有了钢管混凝土的研究。土的研究。国外钢管混凝土结构的发展国外钢管混凝土结构的发展 第11页/共63页钢管混凝土结构发展现状钢管混凝土结构发展现状 18971897年美国人年美国人John LallyJohn
10、 Lally在在圆钢圆钢管中充填混凝土作为房屋建筑的承重管中充填混凝土作为房屋建筑的承重柱柱(称为称为LallyLally柱柱)并获得专利算起并获得专利算起,钢钢管混凝土结构在土木结构中的应用己管混凝土结构在土木结构中的应用己有百年历史。有百年历史。国外钢管混凝土结构的发展国外钢管混凝土结构的发展 第12页/共63页钢管混凝土结构发展现状钢管混凝土结构发展现状 19371937年苏联建造的位于西伯利年苏联建造的位于西伯利亚的亚的140 m140 m析拱桥和跨越列宁格勒涅析拱桥和跨越列宁格勒涅瓦河的瓦河的101 m101 m的拱梁组合体系桥使用的拱梁组合体系桥使用的也是钢管混凝土结构。的也是钢管
11、混凝土结构。国外钢管混凝土结构的发展国外钢管混凝土结构的发展 与钢拱桥相比,节约钢材52%,降低造价20%。优点第13页/共63页钢管混凝土结构发展现状钢管混凝土结构发展现状 19371937年苏联建造的位于西伯利年苏联建造的位于西伯利亚的亚的140 m140 m析析拱桥拱桥和跨越列宁格勒涅和跨越列宁格勒涅瓦河的瓦河的101 m101 m的的拱梁组合体系桥拱梁组合体系桥使用使用的也是钢管混凝土结构。的也是钢管混凝土结构。国外钢管混凝土结构的发展国外钢管混凝土结构的发展 但其施工方法是在现场将钢管拱段分段预制并浇灌混凝土以后,在满堂红的支架上拼装成桥,因而钢管混凝土在施工安装方面的优越性未得到发
12、挥。不足第14页/共63页钢管混凝土结构发展现状钢管混凝土结构发展现状国外钢管混凝土结构的发展国外钢管混凝土结构的发展 60 60年代前后年代前后,钢管混凝土结构技术在苏联、钢管混凝土结构技术在苏联、西欧、北美和日本等工业发达国家受到重视西欧、北美和日本等工业发达国家受到重视 英国在英国在6060年代初,一批学者年代初,一批学者Neogi P.KNeogi P.K等人对等人对管内管内三向受压的混凝土三向受压的混凝土进行了研究,提出使用钢管混进行了研究,提出使用钢管混凝土对混凝土的强度可以有一个质的提升,对其延性凝土对混凝土的强度可以有一个质的提升,对其延性的变化也很显著,通过钢管对的变化也很显
13、著,通过钢管对混凝土约束时钢管混凝混凝土约束时钢管混凝土柱土柱的研究,也提出了具体的计算公式和计算方法,的研究,也提出了具体的计算公式和计算方法,对于当时的理论分析,取得的成就具有时代性。对于当时的理论分析,取得的成就具有时代性。第15页/共63页钢管混凝土结构发展现状钢管混凝土结构发展现状国外钢管混凝土结构的发展国外钢管混凝土结构的发展 60 60年代前后年代前后,钢管混凝土结构技术在苏联、钢管混凝土结构技术在苏联、西欧、北美和日本等工业发达国家受到重视西欧、北美和日本等工业发达国家受到重视 但终因管内混凝土的但终因管内混凝土的浇灌工艺浇灌工艺未得到很好解决未得到很好解决,现场的现场的施工操
14、作施工操作显得显得繁琐繁琐,因而使钢管混凝土在施工因而使钢管混凝土在施工性能方面的性能方面的潜在优势潜在优势未能得到应有的发挥。相比之下未能得到应有的发挥。相比之下,人们仍宁愿采用操作简单,质检直观的普通钢筋混凝人们仍宁愿采用操作简单,质检直观的普通钢筋混凝土结构或工厂化程度高、现场劳动量少、吊装轻便、土结构或工厂化程度高、现场劳动量少、吊装轻便、施工快速的钢结构。施工快速的钢结构。第16页/共63页钢管混凝土结构发展现状钢管混凝土结构发展现状国外钢管混凝土结构的发展国外钢管混凝土结构的发展 8080年代后期,由于年代后期,由于先进的泵送混凝土工艺的发展先进的泵送混凝土工艺的发展 解决了现场管
15、内混凝土的浇灌工艺问题解决了现场管内混凝土的浇灌工艺问题,加以现加以现代高强混凝土需要用钢管套箍克服其脆性代高强混凝土需要用钢管套箍克服其脆性,因此因此在美国在美国和澳大利亚等国的若干高层建筑工程中和澳大利亚等国的若干高层建筑工程中,钢管混凝土结钢管混凝土结构技术又悄然兴起构技术又悄然兴起,传统的钢柱被钢管高强混凝土柱所传统的钢柱被钢管高强混凝土柱所取代取代,并被认为是高层建筑营造技术的一次并被认为是高层建筑营造技术的一次重大突破重大突破。第17页/共63页钢管混凝土结构发展现状钢管混凝土结构发展现状国外钢管混凝土结构的发展国外钢管混凝土结构的发展 美国的ACI 318-65ACI 318-7
16、1德国的DIN 18806 欧盟的EURO CODBS 5400 亚洲,第一个制订了有关钢管混凝土规范的国家是日本。1967年全球第一个专门为钢管混凝土制定的规范:钢管混凝土构件设计规范。经过这么多年的研究,学者们开始编撰有关钢管混凝经过这么多年的研究,学者们开始编撰有关钢管混凝土方而的规范土方而的规范第18页/共63页钢管混凝土结构发展现状钢管混凝土结构发展现状国内钢管混凝土结构的发展国内钢管混凝土结构的发展 在中国其实在中国其实2020世纪世纪6060年代年代就就开始有了钢管混凝土,而且那时开始有了钢管混凝土,而且那时也开始应用于土木中,在也开始应用于土木中,在19631963年,年,北京
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