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钢管煤矸石混凝土梁柱加强环节点的性能研究-结构工程专业论文
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硕士研究生学位论文
第一章 绪论
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PAGE 8 第一章 绪论
硕士研究生学位论文
第一章 绪论
1.1 钢管混凝土结构及其优点
钢管混凝土是组合结构的一种,即在钢管内灌入混凝土的结构。从狭义上来讲,钢管 混凝土仅指圆形钢管,因为方形钢管对核心混凝土的套箍作用不明显;从广义上来讲,凡 是在钢管内灌入混凝土而形成的组合结构都属于钢管混凝土结构,而且管内不再配置钢 筋,仅浇灌素混凝土结构。
钢管混凝土的出现,可以追溯到 19 世纪 80 年代。在 1879 年的英国塞文铁路桥建造 中首次采用了钢管混凝土桥墩[1],1897 年美国人 John Lally 发明在圆钢管中填充混凝土作 为房屋建筑的承重柱,从此以后人类开始了研究钢管混凝土结构的历史进程。前苏联在 20 世纪 30 年代建成了跨越列宁格勒涅瓦河 101m 的钢管混凝土拱梁组合体系和位于西伯利亚 跨径达 140m 的钢管混凝土桁架拱桥[2]。
由于钢管混凝土现场浇筑繁琐的问题未得到很好的解决,而使钢管混凝土在施工性能 方面的潜在优势未能得到应有的发挥。因此,一直到 20 世纪 60 年代人们仍宁愿采用操作 简单、质检直观的普通混凝土结构或工厂化程度高、现场劳动量少、吊装方便、施工快速 的钢结构。进入 20 世纪 80 年代后???,由于先进的泵灌混凝土工艺的发展解决了现场管内 混凝土的浇灌工艺问题,加之现代高强混凝土的发展,需要用钢管套箍克服其脆性,因此 在美国、日本和澳大利亚等国的建筑工程中,钢管混凝土结构技术悄然兴起,传统的钢柱 被钢管混凝土柱所取代,并被认为是高层建筑营造技术的一次重大突破[3]。
工程实践表明,钢管混凝土结构是一种抗压强度高、自重轻、抗震性能突出、施工方 便、外形美观和造价经济的结构,其主要具有以下优点:
(1)承载力高 钢管混凝土结构在轴向压力作用下,核心混凝土借助钢管的约束作用,受力状态由单
向受压转为三向受压,其强度得到大幅度提高,极限变形亦同时增大。而钢管借助内填的 混凝土可以防止局部失稳,大大增加钢管壁的稳定性,从而可以充分发挥其强度潜力。这 两种材料的缺点相互弥补,优点都能充分发挥,使钢管混凝土具有很高的承载力,大大高 于组成钢管混凝土的钢管和混凝土单独承载力之和,产生了所谓“1+1>2”的组合效果。
(2)抗震性能好
混凝土的脆性相对较大,对于高强混凝土更是如此。将混凝土灌入钢管中形成钢管混 凝土,核心混凝土在钢管的约束下,不但在使用阶段改善了它的弹性性质,而且在大破坏 时具有较大的塑性变形。因而钢管混凝土具有良好的抗震性能,当它用于高层建筑时,可 以不限制轴压比而控制长细比。钢管混凝土结构的阻尼比介于钢结构和钢筋混凝土结构之 间,具有比钢结构更优越的动力性能。
(3)构造简单,施工方便
与钢筋混凝土柱相比,采用钢管混凝土柱在施工过程中无需模板,省去支模、拆模一
系列工序,而且管内无需放置纵筋和箍筋,为混凝土的浇灌和振捣带来很大方便。特别是 目前采用泵送混凝土、高位抛落不振混凝土和免振自密实混凝土等施工工艺,更可加速钢 管混凝土构件的施工进度。与钢结构相比,钢管混凝土的构造通常比钢结构构件简单,焊 缝少,易于操作。由于空钢管构件的自重小,可以大大减少运输和吊装等费用。此外,钢 管混凝土不论是单管柱还是格构式柱,和普通钢柱相比,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,免去了复杂的柱脚构造。而且采用钢管混凝土也为逆作法 施工提供条件。钢管混凝土在施工制造方面发展的一个重要方向是其钢管、钢梁以及钢筋 混凝土梁连接节点制造的标准化。
(4)耐火性能较好 由于组成钢管混凝土的钢管和其核心混凝土之间具有相互贡献、协同互补、共同工作
的特点,与钢结构相比,具有良好的耐火性能。此外火灾后,随着外界温度的降低,钢管 混凝土已屈服截面处钢管的强度可以得到不同程度的恢复,截面的力学性能比高温下有所 改善,结构的整体性较
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