钢管超高强自密实混凝土轴压短柱静力性能研究-结构工程专业论文.docxVIP

第一章 绪论硕士研究生学位论文 第一章 绪论 硕士研究生学位论文 PAGE 10 硕士研究生学位论文第一章 绪论 硕士研究生学位论文 第一章 绪论 PAGE 11 混凝土  混凝土 混凝土 圆 形 钢管 外钢管 内钢管 钢管 正方形 外钢管 内钢管  钢管 矩 形 外钢管 内钢管 混凝土 混凝土 混凝土 圆套圆 圆套方 方套方 图 1-1 常见的钢管混凝土构件截面形式 钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对其核心混 凝土的约束作用，使混凝土处于复杂应力状态之下，从而使混凝土的强度得以提高，塑性 和韧性性能得到改善。同时，由于混凝土的存在，可以延缓或避免钢管过早地发生局部屈 曲，从而可以保证其材料性能的充分发挥。此外，在钢管混凝土的施工过程中，钢管还可 以作为浇筑其核心混凝土的模板，与钢筋混凝土相比，可以节省模板费用，加快施工速度。 总之，通过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝土，不仅可以弥补两种材料各自的缺点，而 且能够充分发挥二者的优点，这也正是钢管混凝土组合结构的优势所在[3]。 钢管混凝土具有如下特点： (1) 承载力高。 对于薄壁钢管来说，其临界承载力很不稳定，因为它对局部缺陷很敏感。实验证明： 薄壁钢管的实际承载力往往只有理论计算值的 1／3 ~1／5 ，当有焊接残余应变力存在时，影 响将可能更大。在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土后，钢管约束了混凝土，在轴心受压 荷载作用下，混凝土三向受压，可延缓其受压时的纵向开裂。同时混凝土可以延缓或避免 薄壁钢管过早地发生局部屈曲。两种材料相互弥补了彼此的弱点，可以充分发挥彼此的长 处，从而使钢管混凝土具有较高的承载能力，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。 (2) 塑性和韧性好。 混凝土脆性较大，对于高强混凝土（在我国，目前一般认为立方试块强度 fcu 大于 60MPa 的混凝土为高强混凝土）更是如此，其工作的可靠性因而有所降低。如果将混凝土灌入钢 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， 而且在破坏时具有较大的塑性变形。此外，这种结构在承受冲击荷载和振动荷载时，也具 有很大的韧性。由于钢管混凝土具有良好的塑性和韧性，因而抗震性能好。 (3) 施工方便。 与钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱时没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工 简便。因钢管内无钢筋，混凝土的浇灌更为方便，特别是目前采用泵送混凝土、高位抛落 免振捣混凝土和自密实混凝土等工艺，更可加速钢管混凝土的施工进度。与预制钢筋混凝 土构件相比，钢管混凝土不需要构件预制场地。 与钢结构构件相比，钢管混凝土的构造通常更为简单，因而焊缝少，更易于制作。特 别是在钢管混凝土中可更为广泛地采用薄壁钢管，因而进行钢管的现场拼接对焊更为简便 快捷。此外，由于空钢管构件的自重小，可以减少运输和吊装等费用。和普通钢柱相比， 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 造更为简单。 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，以及与钢梁或钢筋混凝土 梁连接节点制造的标准化。钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化的要求， 可以节约人工费用，降低工程造价。 (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、协同互补和共同工作 的优势，使这种结构具有较好的耐火性能。 火灾后，随着外界温度的降低，钢管混凝土结构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，结构的整体性比火灾中也将有所提高， 这不仅为结构的加固补强提供了一个较为安全的工作环境，也可减少补强工作量，降低维 修费用，这和火灾后的钢筋混凝土结构和钢结构都有所不同。这是因为，对于钢筋混凝土 结构，其已改性破坏截面的力学性能和整体性均不能因温度的降低而有所恢复或改善。对 于钢结构，其已发生失稳和扭曲的构件在常温下也不会比火灾下时带来更多的安全性。 (5) 经济效益好。 如前所述，作为一种较为合理的结构形式，采用钢管混凝土可以很好地发挥刚才和混 凝土两种材料的特性和潜力，使它们的优点得到更为充分和合理的发挥，因此，采用钢管 混凝土一般都具有很好的经济效益。 大量工程实际表明：采用钢管混凝土的承压构件比普通钢筋混凝土承压构件可节约混 凝土 50%，减轻结构自重 50%左右。钢材用量略高或略相等；和钢结构相比，可节约钢材 50%。 1.2.2 超高强自密实混凝土的特点 现代高强混凝土是在70年代初期以常规水泥、砂石作原材料并使用常规的制作工艺， 并在混凝土组分中引入高效减水剂之后发展起来的，以后又进一步引入细粉矿物掺和料使 其性能更趋于完善，它克服了以往的高强混凝土因拌料高度干硬