時間：2023-03-20 16:26:46
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鋼管混凝土灌注施工過程中易出現問混凝土輸送泵故障、泵管堵塞，泵管爆裂、鋼管堵塞等問題。
為確保在突發事件影響到混凝土正常澆注時，能迅速有效地采取正確地措施，最大限度地減少突發事件對混凝土澆搗的影響。保證工程施工質量，本人就如何保障鋼管混凝土灌注施工的質量談一下個人的觀點：
一、現場工料機準備
（1）人員配置
為保證鋼管混凝土灌注施工快速、安全、順利地進行。澆筑前，項目部必須所有的相關施工人員進行全面的技術交底，明確各個人員的分工。一般由項目經理或總工擔任現場總指揮，配備至少3個以上的試驗員及2個質檢人員，分別控制前后場的混凝土質量。在拱上配備2名技術人員進行跟蹤拱肋灌注進度。
（2）現場布置
泵管布置原則為：連接線路短彎頭少。管道中不宜有小于90°的彎頭；盡量不設置下坡管道，避免管內有空氣降低泵送壓力，如需設管道下坡時，水平傾角不宜大于15°。管道盡量順直并上好墊圈避免漏氣和漏漿。底部要墊穩，懸空泵管不能超過兩節，豎管要用鋼絲繩或手拉葫蘆固定好，減少泵管擺動。
（3）材料設備準備情況
澆注前砂石料、水泥、外加劑等材料均配備充分，必須滿足兩條主拱肋的施工需要；同時備有泵機3臺、泵管、卡扣、墊圈若干，兩套拌和樓和發電機組均經過檢修試用。并將填寫澆筑申請單，由監理對材料數量、設備等進行確認。
二、鋼管混凝土拌制
為更好的控制混凝土的性能，各試驗員及現場管理人員必須熟悉混凝土試驗檢測性能，了解澆注鋼管混凝土坍落度設計值、初凝時間、終凝時間等等。
開盤前，若為高溫天氣，材料人員已提前2小時以上對現場的砂、石材料進行不間斷淋水降溫；若為天氣較低，低于-5C*交通論文，應對使用拌制混凝土的清水進行加溫。試驗人員測試好現場砂石的含水量，并調整好當天施工配合比，填寫配合比清單，經試驗工程師鑒認后施工。粉煤灰按袋分堆存放，每次按規定袋數加入；外加劑預先按每次進料數量稱好裝袋，進料時按規定袋數加入；水則由拌和機上的繼電器控制加入。各種材料按一定順序加入，通過拉壓力傳感器控制材料用量，后場試驗人員嚴格控制好。同時每次開盤前，試驗人員測好水泥溫度，水泥溫度過高會嚴重影響所拌制的混凝土工作性能，這一點應引起足夠重視。
砂石、水泥、粉煤灰、外加劑等進入攪拌筒后，先攪拌至均勻，然后再加水攪拌，加完水后混合料在機內的攪拌時間為150S。每盤混凝土攪拌完成后，試驗員對混凝土的和易性進行目測，達到要求即可出機，檢測出機混凝土坍落度，合格后才可運走，運送過程中要連續攪拌。
三、鋼管混凝土灌注
灌注混凝土之前，預先攪拌一兩盤稠度較小的水泥砂漿，用輸送泵泵送砂漿，將全部輸送導管濕潤和，在泵送完砂漿之后泵送混凝土，應待砂漿完全排出，排出合格的混凝土后才能將導管連接至主弦管。
混凝土泵送過程中要注意控制泵內混凝土數量，要保持有足夠的混凝土，以防吸入空氣造成弦管內混凝土不密實和混凝土供應不及時時能夠泵送不至于等得太久造成堵塞中國期刊全文數據庫。后場施工人員經常檢查輸送泵管接頭的牢固性，一旦卡扣松動，立即加固后再繼續泵送。
在混凝土輸送過程中前場值班人員應通過用錘敲擊弦管的方法，確定混凝土在弦管內的上升高度?；炷帘盟椭凉绊敳糠?，靠近拱頂橫隔時，應放緩輸送速度，調整泵送進度，鋼管混凝土在拱腳連續泵送至拱頂，不得長時間中斷，應控制在灌注完成后先進入弦管內的混凝土沒有達到初凝。待混凝土灌滿，管內水泥漿完全排出，并在出漿孔排出合格的混凝土后，關閉設置于進漿口的止回閥，拆洗導管及設備。本次混凝土灌即告結束。
鋼管混凝土施工過程中應按規定抽樣制取試件。同一拱肋每根弦管混凝土灌注完成，預壓試件確定強度，待混凝土強度達到設計強度的90%后才能進行下一根鋼管混凝土的灌注。
四、質量保障措施
（1）選擇合理的時間段進行澆注混凝土，盡量避開高溫天氣。澆注前，材料人員提前2個小時以上對現場的砂、石材料進行不間斷淋水降溫。
（2）加大溝通力度，確保前后場聯系以及指揮人員和施工人員的配合。必要時配備足夠的通訊器材，確保通訊順暢。
（3）混凝土的質量控制；開盤前交通論文，測試現場砂石的含水量，并調整施工配合比，經試驗工程師鑒認后施工。外加劑預先按每次進料數量稱好裝袋，進料時按規定袋數由人工加入。同時每次澆注前，試驗人員已測好水泥溫度。攪拌完成后，試驗員進行坍落度抽檢，合格后才可運輸至前場，現場經試驗員進行坍落度抽檢合格后才可使用。
（4）更換輸送管止回閥，由于原來使用的止回閥發現管口直徑小中間逐漸變大的現象，易造成在泵送混凝土時輸送管堵塞。因此直接使用導管接入拱肋，在靠近拱肋的導管處開好小孔，插入鋼筋進行止回。
（5）加大對泵機的檢查力度，開工前對泵機進行檢測標定；對泵管的厚度及卡扣的強度進行及時檢測；合理布置泵機，盡量減少混凝土輸送管彎頭的布設。采用兩臺泵機進行二級泵送，并采用高壓泵管進行砼泵送。對泵機的布置情況必須形成文字方案，經監理審批后才可實施。
（6）沿鋼管拱肋縱向預布輸送泵管至第三、四拱肋節段接頭上四米，出現堵管時能迅速處理故障，在堵塞處立即開孔接管，連續澆筑鋼管混凝土完畢。補灌鋼管灌注工藝流程如下：開孔清理浮漿→焊接上部孔洞→焊接進漿管→接泵管→泵水潤濕管道（水不能進入主弦鋼管）→拌砂漿和混凝土→泵送砂漿管道（砂漿不能進入主弦鋼管）→泵送混凝土→拱頂出漿管冒混凝土并穩壓后關閉止回閥→結束。
五、結束語
綜上所述，保障鋼管混凝土灌注施工的質量，必須有詳細的施工組織計劃及保證措施，這樣可確保在突發事件影響到混凝土正常澆注，并能迅速有效地采取正確地措施，最大限度地減少突發事件對混凝土澆搗的影響，保證了工程施工質量。
參考文獻
[1]公路工程質量檢驗評定標準JTJ071-2003，[S]北京：人民交通出版社，2003。
1 引言
方鋼管混凝土的研究開展的較晚，各方面的理論還不夠成熟和完善，以往的研究主要集中在試驗研究上，本文采用有限元分析對方鋼管混凝土柱的設計和施工提出合理建議，克服試驗的不足?？紤]到鋼管混凝土是由鋼管和混凝土兩種不同材料所組成，混凝土和鋼管之間有相對滑移，引入一種能反映鋼管和混凝土兩者間界面性能的單元----粘結單元，它能比較真實地反映方鋼管混凝土柱的受力性能。
2 有限元模型的建立
本文模擬框架結構中間層的中柱，截取了方鋼管混凝土柱從梁頂面到柱反彎點處的部分為研究對象。為了深入分析鋼管混凝土柱的受力性能，充分考慮我國有關規范的規定，依據常見的工程實例設計了4個試件，采用大型商用有限元軟件ANSYS對其受力性能進行了非線性有限元模擬。
2.1模型的幾何尺寸
為了研究長細比對方鋼管混凝土柱的受力性能影響，以BASE試件為基礎，設計了ZG系列試件，詳細尺寸見表1。
表1 試件尺寸明細表
試件名稱
柱寬度
（mm）
柱高度
（mm）
管壁厚度（mm）
混凝土強
度等級
軸壓比
鋼 材
牌 號
ZG-1
500
1650
16
C50
0.5
Q345
BASE
500
1800
16
C50
0.5
Q345
ZG-2
500
1950
16
C50
0.5
Q345
ZG-3
500
2100
16
引言
工程實踐表明，鋼管混凝結構是一種抗壓強度高、自重輕、抗震性能突出、施工方便、外形美觀和造價經濟的結構?，F代鋼管混凝土結構的廣泛應用，代替了傳統的在高層結構中采用普通鋼筋混凝土結構，并且避免了采用普通混凝土結構造成的“肥梁胖柱”、浪費使用空間、不美觀又不經濟等現象[1]。
1.鋼管混凝土研究現狀
方鋼管混凝土結構是鋼管混凝土結構的一個重要分支，1964～1965年，Chapman和Neogi對圓形、矩形、方形截面鋼管混凝土柱進行了較為全面的對比實驗研究，標志著對方鋼管混凝土應用研究的開始。方鋼管混凝土結構是在鋼管內填充素混凝土，利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中的相互作用，內填混凝土有效地提高了鋼管的局部穩定性和抗火能力，而鋼管對內填混凝土的約束作用又使其強度提高、塑性和韌性性能大為改善，充分發揮了兩種材料的優點和潛力，可使構件截面減小，承載力提高，整體重量減輕，鋼管壁板不需太厚，可大量使用國產鋼材實現工廠化生產；能夠大幅度節約鋼材和基礎費用，降低結構造價；因施工中可省去大量支模板的工作，工期可縮短1/4～1/3；環境污染??；由于柱子截面的減小，可使使用面積增加5～8%。方鋼管混凝土構件外形規則，連接構造相對簡單，雙向受力性能較好，抗扭能力強，具有良好的經濟和社會效益[2]。以方矩形鋼管混凝土柱－鋼梁組成的框架結構，是一種具有巨大的開發與應用前景的新型房屋體系，經國內外學者多年研究，已取得豐碩成果。
2.鋼管混凝土柱節點研究
由于節點是諸多構件的力流交匯之處，節點的受力模式較之于一般構件更為復雜，特別是在地震作用下的節點受力尤為復雜，又由于節點聯系著多個構件，其失效的后果比起一般的構件更為嚴重，因此，在工程實踐中，對節點的性能應格外重視。隨著鋼管混凝土柱越來越多的被應用于多高層建筑，到了上個世紀90年代，由于工程應用的需要，日本率先開始方鋼管混凝土柱與鋼梁節點的受力性能和連接構造研究，并以日、美等國為代表的發達國家，于1993成立了“美－日地震工程合作研究計劃：組合與雜交結構”組織，對鋼－混凝土組合結構進行了有計劃、有組織地跨國研究，其內容包括各種組織結構、構件、不同構造節點等的承載能力和抗震性能研究，取得了豐碩的成果，現正在向縱深發展。特別是在1994年美國Northridge和1995年日本阪神地震后，世界各國開始對鋼結構、鋼混凝土組合結構的連接進行了大量的研究，并定期在國際范圍進行專題討論交流，為各國制訂相關規范和工程應用起了重要作用。在這種國際環境下，我國也結合工程應用開始了較大規模的鋼管混凝土節點的研究，其中，以圓鋼管混凝土柱節點的研究較多，而方矩形鋼管混凝土柱節點的研究相對較少。
3.方鋼管混凝土柱節點研究
方鋼管混凝土柱節點根據應用的不同也分為“方鋼管混凝土柱－鋼筋混凝土梁節點”和“方鋼管混凝土柱－鋼梁節點”兩大類，隨著工程應用的發展，近年又出現了一些“方鋼管混凝土柱與鋼－混凝土組合梁節點”。方鋼管混凝土柱外表相對規則，其連接構造也比較簡單，但由于應用與研究較少，目前這類已開發的構造形式和研究成果遠比圓鋼管混凝土節點少。
3.1方鋼管混凝土柱－鋼筋混凝土梁節點
方鋼管混凝土柱配合鋼筋混凝土梁板體系在我國也存在較大的應用前景。環梁－鋼承重銷式連接、穿筋式連接是我國《矩形鋼管混凝土結構技術規程》推薦的兩種連。環梁－鋼承重銷式連接在鋼管外壁焊半穿心牛腿，柱外設八角形鋼筋混凝土環梁，梁端縱筋錨入鋼筋混凝土環梁傳遞彎矩；穿筋式連接為在柱外設矩形鋼筋混凝土環梁，在鋼管外壁焊水平肋鋼筋（或水平肋板），通過環梁和肋鋼筋（或肋板）傳遞梁端剪力，框架梁縱筋通過預留孔穿越鋼管傳遞彎矩。
3.2方鋼管混凝土柱－鋼梁節點
我國矩形鋼管混凝土結構技術規程推薦了四種連接形式：帶短梁內隔板式梁柱連接、外伸內隔板式梁柱連接、外隔板式梁柱連接、內隔板式梁柱連接。帶短梁內隔板式梁柱連接，為矩形鋼管內設隔板，柱外預焊短鋼梁，鋼梁的翼緣與柱邊預設短鋼梁的的翼緣焊接，鋼梁的腹板與短鋼梁的腹板用雙夾板高強度螺栓摩擦型連接； 外伸內隔板式梁柱連接，為矩形鋼管內設隔板，隔板貫通鋼管壁，鋼管與隔板焊接，鋼梁腹板與柱鋼管壁通過連接板采用摩擦型高強度螺栓連接，鋼梁翼緣與外伸的內隔板焊接；內隔板式梁柱連接，為鋼梁腹板與柱鋼管壁通過連接板采用摩擦型高強度螺栓連接，矩形鋼管混凝土柱內設隔板，鋼梁翼緣與柱鋼管壁焊接；外隔板式連接為鋼梁腹板與柱外預設的連接件采用摩擦型高強度螺栓連接，柱外設水平外隔板，鋼梁翼緣與外隔板焊接。這些鋼管混凝土柱－鋼梁的節點形式構造簡單、整體性好、傳力明確、安全可靠、節約材料和施工方便。
參考文獻:
中圖分類號：TU391文獻標識碼： A 文章編號：
Abstract: this paper expounds the concrete filled square steel tubes structure system in light of the application of the steel structure housing situation and advantages, introduces the structure of the concrete-filled steel tube column party design analysis method and its future research prospect， and provides light steel structure housing or related design work for the staff technology reference.
Key words: square steel tube concrete column; Multi-layer light steel structure; Advantages; Structure design; Technical difficulties
0 概況
隨著人類對住宅要求越來越高，建筑房屋的絕熱、抗震及抗壓性能越來越理想。這一切都源于人類對房屋質量的舒適感與安全感的追求，鋼—混凝土組合的建筑結構就是人類追求建筑房屋舒適與安全的產物。鋼—混凝土結構早在19世紀就已開始被人類所注意，并對其展開一系列的研究開發，其綜合了鋼材的韌性與混凝土材料的較好的抗壓性能，更好地發揮了建筑材料的材質特點，而避免各自的缺點。
由于環保意識的不斷加強及材料短缺越來越嚴重，國外很多國家如澳大利亞、日本、美國等，都在在積極研發和設計更多鋼管混凝土結構的應用。而我國在近幾年內也開始研究開發、設計與制造、施工安裝輕鋼結構，也取得了很大的成就，如首都博物館新館的設計與施工[1]。
1 方鋼管混凝土柱結構體系的優點
1.1節約鋼材，降低造價
一般情況下，由于方鋼管混凝土加入鋼結構，降低了建筑物的自重，相當于混凝土結構的一半，而基礎荷載相對變小，經濟效益明顯提高，己成為公認的節材、經濟、施工簡捷的結構形式。
1.2抗震性能好
由于鋼管的材料的存在，提高了整體結構的強度、塑性和韌性，因此在同樣的震動條件下，其能更好地克服因超載而發生斷裂現象，更好地適應動力荷載的壓力，其良好的延展性在抗震性能方面表現得無可挑剔。
1.3防銹蝕和抗火性能優于鋼柱
方鋼管混凝土柱只是外表面需涂防銹漆，而鋼柱全周邊皆需防銹蝕，顯然，可以大大節省防銹漆。且方鋼管混凝土由于其管內設置有混凝土結構，可以吸收大量熱量，因而耐火時間比鋼柱更長。所用的防火涂料比鋼柱更少，造價也比鋼柱更低，性價比更高。
1.4抗扭、抗剪性能優越
方鋼管混凝土柱的抗扭和抗剪性能都很好，延性大，強度高。建筑物的一些邊柱和角柱，在地震作用下，將同時承受軸心壓力、彎矩、扭矩和剪力作用。對于方鋼管混凝土柱來說，在復雜應力作用下的承載力很高，并且其塑性和延性更好，安全而可靠[2]。
2 方鋼管混凝土柱的結構設計
2.1主要計算依據
方鋼管混凝土柱的機構設計過程應依據建筑設計單位提供的建筑設計方案、并參考有關的國家建筑設計規程、規范，如《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001）、《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）、《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）、《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）、《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）等等[3]。
2.2軸向受力構件計算
2.2.1軸心受壓構件的強度計算
根據鋼管和混凝同工作的機制，參照我國建筑結構設計統一標準的規定，軸心受壓構件的強度承載力設值的計算公式為：
Nu=α(fAs+fcAc)
上式中α是與鋼管對混凝土的約束效應和混凝土徐變對承載力影響等因素有關的系數，前者對混凝土的強度有所提高，后者則相反?？紤]到α的影響因素比較復雜，對軸心受壓構件的強度承載力的提高有限，對于管壁較薄的構件更是如此，為方便使用，取α=1，即得到方鋼管混凝土軸心受壓構件的強度計算公式：
N≤Nu u= fAs+fcAc
2.2.2軸心受壓構件的穩定計算
根據試驗資料，方鋼管混凝土軸心受壓構件受力較接近于鋼構件，因此采用鋼結構類似的計算公式：
公式中的軸心受壓穩定系數也近似地采用現行國家標準《鋼結構設計規范》（GB50017-2003）中的b曲線：
構件的長細比則按考慮鋼管和管內混凝同工作后的影響
2.2.3軸心受拉構件的強度計算
由于混凝土的抗拉強度相對于鋼管較小，在計算方鋼管混凝土軸心受拉構件時可不計入混凝土的作用，只考慮方鋼管抵抗所有拉力，由極限狀態即可得到方鋼竹混凝土的抗拉承載力計算公式：
N≤Asf
2.3彎、拉彎構件計算
其中包括a、彎矩作用在一個主平面內的方鋼管混凝土壓彎構件的強度計算；b、彎矩作用在一個主平面內的方鋼管混凝土壓彎構件的穩定計算；c、彎矩作用在一個主平面內的方鋼管混凝土拉彎曲構件計算；d、彎矩作用在兩個主平面內的雙軸壓彎方鋼管混凝土構件的強度計算；e、彎矩作用在兩個主平面內的雙軸壓彎方鋼管混凝土構件的穩定計算。但由于論文章節的安排，在本文就不詳細介紹。
2.4節點連接設計
梁-柱連接的性能是影響結構整體性能的關鍵，合理的連接節點應該有足夠的強度和適當的剛度，即滿足“強節點、弱桿件”原則。方鋼管混凝土柱與H型鋼梁的連接，按照連接處相對轉動約束作用的大小，可以分為：柔性連接、半剛性連接和剛性連接三種。其中半剛性連接可減少施工現場的焊接工程量，且節點外觀簡捷、傳力明確，鋼柱制作與混凝土的澆筑質量不受影響，柱兩側梁高不等構造容易處理，避免了內隔板與外環板由于焊接殘余應力影響，而在地震力的反復作用下節點處鋼材易發生分層或脆性破壞的缺點。
3方鋼管混凝土柱結構設計的研究方向
雖然鋼管混凝土住宅具有較多的優勢，但在實際中的應用時，還存在一些善待解決的難題。
3.1結構理論研究需進一步完善
對方鋼管混凝土構件來說，目前對構件動力性能的研究還是基于試驗結果，缺乏理論分析方法，不利于深入全面研究其動力特性，同時不利于對實用抗震設計方法的研究。
3.2設計理論需要進一步完善
目前國內的建筑規程雖然對圓鋼管混凝土構件和方鋼管混凝土構建的設計做了有關說明，但有些依據還不能非常準確地描述方鋼管混凝土柱體構件的性能，相差誤差還比較大，設計過程僅僅對混凝土和鋼管部分進行簡單的疊加，這樣降低了該結構的優勢。而采用研究理論進行計算時，公式卻顯得過于煩瑣，還需要結合實際的實驗數據進行大量簡化。
3.3結構形式需要進一步完善
由于鋼管混凝上構件的抗彎性能低于抗壓性能，因此鋼管混凝土框架抗側力性能比較弱，僅采用框架結構一般不能滿足抗震要求，需要增加抗側力體系，一般為柱間支撐。但是柱間支撐的增加限制了建筑開窗的靈活性。因此，進行該類型住宅設計需要建筑和結構有機結合。
3.4節點的優化設計
梁柱剛接節點，需要傳遞彎矩。在現場施工時，如果僅對鋼管進行節點拼接，由于略去混凝土部分的抗彎承載力，節點強度將低于構件強度，不符合“強節點，弱構件”的設計原則。而考慮節點處混凝土部分的作用，施工時不可避兔混凝土的二次澆注，不符合全裝配式住宅施工要求。因此對于梁柱端頭和節點均應另行設計，節點的優化設計和試驗將成為設計工作中的重要部分。
3.5結構防火處理
雖然鋼管混凝土具有較好的抗火災性能，并且通過理論計算和工程實例驗證。但目前的規程仍規定按照鋼結構防火要求處理，防火處理將大量增加工程造價，該問題已成為鋼管混凝土結構和輕鋼結構在工程應用中的瓶預問題。
4 結束語
多層輕鋼建筑中采用方鋼管混凝土結構可大大增加其結構的承載力和可靠度，提高建筑品位，縮短施工工期，提高了住宅的抗震性能，節省了建筑過程的有關材料費用，具有非常好的經濟效益和社會效益。對于目前木材、礦產資源缺乏的國情來說，方鋼管混凝土柱體構建是相當具有發展潛力結構形式。但是，由于國內建設設計人員對方鋼管混凝土構件的各種性能的研究分析工作才處于比較初級的階段，在其結構布置、設計方法、施工措施等方面的技術還需要進一步提高。
參考文獻
[1] 徐祖元. 首都博物館新館鋼結構工程施工技術 [J]. 建筑技術，2006，（09）
Abstract: the article introduces the reinforcement with rings wear heart dark concrete filled steel tube column of the node design Suggestions and construction technology process. Node including dark wear heart legs, ring ribs, plate steel beam radiation, advocate muscle screw sleeve. This node power transmission directly, high strength, good ductility, construction is convenient, has the very good engineering application prospects.
Keywords: concrete-filled steel tube column node; Wear the heart; Construction technology
中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A文章編號：
鋼管混凝土構件具有優越的力學性能[1-2]，在工程中有廣泛的應用。鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節點設計，直接影響到結構的整體剛度、受力性能和安全性，也影響到施工的難易和工程進度，因而成為鋼管混凝土結構設計中的關鍵環節。本文提出帶環筋的穿心暗牛腿鋼管混凝土柱節點不帶環梁，能很好地滿足建筑及裝飾設計要求，而且經過試驗與有限元分析，發現此節點具有傳力直接、強度高、延性好等特點[3-4]，有很好的工程應用前景。
0. 節點做法
鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的節點結構包括暗穿心牛腿、環筋、板放射筋、梁主筋螺紋套筒，如圖1所示。所述暗穿心牛腿穿過鋼管在鋼管內部焊接，與鋼管相交部分亦雙面焊接，環筋焊接在鋼管外側鋼牛腿上，板放射筋端部彎折鉤在環筋上，并伸至板底（圖2），梁主筋螺紋套筒焊接在鋼牛腿端部與主筋位置重合（圖3）。為了更好地實現本實用新型，暗穿心牛腿的焊接全部采用雙面角焊縫。環筋焊接在鋼管外側20毫米處，鋼牛腿上側。板放射筋端部彎折成90度鉤在環筋上，并用鋼絲綁定，伸至板底。所述梁主筋螺紋套筒全長角焊縫焊接在鋼牛腿上，與主筋位置嚴格平行，螺紋套筒內徑與主筋直徑相同。
圖1
圖2
1．設計建議
1.1 工字型鋼牛腿的截面設計
鋼牛腿的高度和寬度根據所連接的鋼筋混凝土梁的尺寸來確定，如圖4所示各項參數：
1.1.1工字型鋼牛腿的寬度
鋼牛腿在鋼管外的部分，其寬度等于鋼筋混凝土梁的寬度減去左右保護層的厚度：
――保護層厚度，一般可取25mm。
圖4 橫截面 圖5 圖3 梁筋與牛腿連接
在鋼管內部，由于混凝土的作用，其應力逐漸減小，相應鋼牛腿的寬度也可以減小至一半，以節省材料。如圖5所示。
1.1.2 工字型鋼牛腿的高度
（5-2）
、――鋼板翼緣上焊接的螺紋套筒外直徑。
當相連的鋼筋混凝土梁的主筋有兩排時，可在翼緣內部再焊接一排。
1.1.3鋼牛腿伸出鋼管的長度
根據環筋的焊接位置和螺紋套筒的長度來確定。
1.1.4鋼牛腿鋼板厚度的確定
根據構件設計承載力、焊縫高度等選擇鋼板的厚度。
1.1.4.1 抗彎強度驗算[5]
――截面塑性發展系數；
――翼緣對軸心的慣性矩，
――腹板對軸心的慣性矩，
――鋼材的抗彎強度設計值。
同時尚應滿足鋼板的受拉承載力大于所連接所有鋼筋的最大承載力[5]：
――鋼筋混凝土梁受拉鋼筋的總截面積；
――受拉鋼筋的抗拉強度設計值。
1.1.4.2 抗剪強度驗算[5]
――鋼筋混凝土梁承受的最大剪力設計值；
――截面面積矩，此處為鋼牛腿軸以上截面對中和軸的面積矩， ；
――腹板厚度；
――鋼材的抗剪強度設計值。
1.2 放射筋和環筋的設計
放射筋按構造配置，其直徑可與板負筋相同，數量根據鋼管的直徑確定，一般直徑1米的鋼管可布置7根，酌情增減。環筋的選擇根據放射筋的數量確定，基本按構造選取，為了控制裂縫的發展，鋼筋的直徑不宜太大。
1.3 焊縫設計
1.3.1工字鋼翼緣與腹板連接
工字鋼翼緣與腹板連接的焊縫應滿足[5]：
式中：――焊縫高度；
――計算位置的剪力；
――計算翼緣毛截面對梁中和軸的面積矩；
――角焊縫的強度設計值。
1.3.2 鋼牛腿與鋼管的焊接
鋼牛腿與鋼管之間的連接采用滿焊，其強度驗算尚需滿足[5]：
式中： ，――焊縫處的彎矩值；
――焊縫抵抗矩；
，――焊縫位置的剪力；
――焊縫的有效截面面積。
――正面角焊縫的強度設計值增大系數。對于承受靜力荷載和間接動力荷載直角角焊縫取，其他情況取1.0。
1.3.3 螺紋套筒與鋼牛腿的焊接
因為市面上的螺紋套筒普遍較短，故采用滿焊，其焊腳高度尚應滿足[5]：
即
――與螺紋套筒相連的鋼筋截面面積；
――與螺紋套筒相連的鋼筋的抗拉強度設計值。
――焊縫計算長度總和。
1.3.4 焊縫的構造要求
如果角焊縫的焊腳尺寸太大，則焊縫收縮時將產生較大的焊接變形[6]，且在熱影響區擴大的情況下，容易產生脆裂，較薄焊件可能會燒穿。所以要求[5]：
且 （）
――較薄焊件的厚度（鋼牛腿鋼板厚度一般不會小于6mm）。
2 節點的施工工藝
本節點的加工包括下述步驟與工藝條件：
（1）根據混凝土梁截面高度減去保護層厚度及鋼筋直徑確定鋼牛腿高度，根據混凝土梁截面寬度減去保護層厚度確定鋼牛腿翼緣寬度，根據螺紋套筒與牛腿的焊接長度確定鋼牛腿伸出鋼管的長度；
（2）根據鋼管直徑大小選擇板面放射筋的數量，直徑1米的鋼管選擇均勻放置7根板面放射筋；
（3）分別進行鋼牛腿與鋼管的焊接、在鋼管內鋼牛腿之間的焊接、環筋與鋼牛腿的焊接以及螺紋套筒與鋼牛腿的焊接；
（4）在施工前進行梁主筋端部墩粗以及開螺紋絲，施工時，梁主筋與螺紋套筒擰緊；板面放射筋鉤在環筋上并均勻布置，用鋼絲綁扎。
上述步驟完成后，按照普通施工步驟綁扎板筋和梁筋，質量檢驗后澆筑混凝土即可。
3 小結
本節點與現有鋼管混凝土節點相比，具有如下有益效果：
（1）不帶環梁，本節點采用穿心暗牛腿，從外形上看與普通鋼筋混凝土梁一樣，能很好地滿足建筑及裝飾設計要求。
（2）能很好地控制板柱交接處裂縫的開展，板放射筋均勻布置在梁之間控制裂縫的開展，其傳遞的拉力由焊接在鋼牛腿上翼緣的環筋來承受。
（3）施工方便，鋼管、環筋、梁主筋螺紋套筒與鋼牛腿的焊接都可在工廠完成，現場只需完成梁主筋的螺紋連接和一般的鋼筋綁扎工作，大大減少了現場的焊接工作量，能更好地保證焊縫質量。
參考文獻：
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中圖分類號:TU528.571文獻標識碼:B文章編號:1009-9166(2010)014(C)-0165-01
一、矩形鋼管混凝土結構簡介
由于圓鋼管對核心混凝土起到了有效的約束,使混凝土的強度得到了提高,塑性和韌性大為改善,且國內外對圓鋼管混凝土的力學性能研究較為系統而深入,因此在實際工程中得到了廣泛的應用。矩形鋼管對核心砼的約束效果雖不如圓鋼管顯著,但矩形鋼管混凝土仍有良好的效果,除了外形美觀,與梁節點構造簡單、連接方便等優點外,還具有能有效提高構件的延性及有利于防火、抗火等特點。
二、矩形鋼管混凝土結構受力簡介
圓鋼管混凝土結構在實際工程中應用越來越多,而方、矩形鋼管混凝土的工程實踐則很少見,原因之一是缺乏有關設計規程。目前對矩形鋼管混凝土構件力學性能的研究還不夠完整、系統,計算方法采用參考方鋼管混凝土的計算方法,但從直觀上看,它與方鋼管混凝土構件的內部受力不同,如下圖所示。對于矩形鋼管混凝土構件,矩形鋼管對混凝土長邊的最大約束力和短邊的最大約束力不相等,而方鋼管對混凝土各面上的最大約束力是相等的,這就給理論研究增加了一定的難度。若忽略鋼管約束而引起的構件強度提高,僅對混凝土和鋼管部分進行簡單疊加,就降低了該結構的優勢,所以需要對矩形鋼管混凝土構件進行進一步的研究。
(a)方形截面混凝土約束力示意
(b) 矩形截面混凝土約束力示意
方、矩形截面混凝土約束力示意圖
以往對矩形鋼管混凝土力學性能的研究和目前對矩形鋼管混凝土構件計算多限于應用已成熟的鋼管混凝土構件的相應公式,主要對其差異進行調整、修正的方法。文獻[1]在實驗基礎上,考慮了矩形截面長寬比的影響,對方形鋼管混凝土短柱軸壓公式進行了修正,提出了矩形截面鋼管混凝土短柱承載力的計算公式。文獻[2]對四根長寬比為1、1.2、1.36和1.5矩形鋼管混凝土柱進行了軸壓和同樣長寬比下的偏心受壓試驗研究,比較了矩形鋼管混凝土和方鋼管混凝土在軸壓和壓彎計算時的差異,同時對矩形鋼管混凝土軸心受壓構件承載力計算采用折減后的約束系數修正方鋼管混凝土軸壓承載力計算公式。文獻[3]提出了用截面形狀系數而不是傳統的長寬比來修正圓鋼管混凝土軸壓短柱承載力公式,通過5個軸壓矩形鋼管混凝土短柱試驗,在分析其試驗數據的基礎上,結合前人研究的試件試驗數據,回歸出了相應的修正系數公式。還有研究者通過理論分析,發現在一定的參數范圍內矩形鋼管混凝土承載力的計算可以采用方形鋼管混凝土構件的公式,文獻[4]采用了等效截面的方法(即含鋼率和約束系數都相同)比較了各種截面鋼管混凝土軸心受壓時的工作性能。利用增量格式的拉格朗日表述,建立了三維有限元模型,同時考慮了材料非線性和幾何非線性,對長寬比分別為1.47、1.94和2.4的3個矩形截面進行了計算,并認為在長寬比不大于2.4的情況下,矩形截面可近似等效為正方形截面,采取相同的軸壓強度標準值。還有文獻[5]進行了44根矩形鋼管高強混凝土軸壓短柱的試驗,考慮了含鋼率、鋼種、混凝土強度等級和長寬比等因素的影響,采用數值分析的方法,以試驗為基礎,分離鋼管和核心混凝土的受力,提出了方形、矩形鋼管高強混凝土中核心混凝土和鋼材的縱向應力和應變的關系。
三、采用在大量試驗數據基礎上的矩形鋼管混凝土結構
軸壓力學性能的研究方法初探
由于在圓鋼管混凝土中,鋼管對混凝土的約束是均勻的,對于等側壓力作用下的三向受壓混凝土的研究已相當成熟,所以大大減少了研究者從理論上分析其承載力公式的難度。方形和矩形鋼管混凝土中的鋼管對混凝土的約束力是不均勻的,方截面兩個面上的最大約束力是相等的,而矩形截面兩個面上的最大約束力是不相等的,對于核心混凝土在不均勻、不等側壓力作用下的混凝土強度與不等側壓力之間的關系目前還沒有此方面的研究,這就增加了從理論上推導矩形鋼管混凝土極限承載力公式的難度,而建立在大量試驗數據的基礎上,考慮重要參數對承載力的影響,進行多元線性回歸而得出來的極限承載力公式具有簡單、可靠的特點,為極限承載力的預測和評估提供了一種簡便的方法。
作者單位:陜西科技大學
作者簡介:梁鑫(1972― ),男,陜西省永壽縣人,陜西科技大學,工程師。
參考文獻:
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[3]余志偉.多層住宅矩形鋼管混凝土梁柱及節點性能理論及試驗研究.同濟大學碩士論文,2003.
Abstract: concrete filled steel tube structure combines the advantages of both steel and concrete has good mechanical properties in engineering has been widely applied in. In the actual application process with special attention to the steel pipe concrete, this paper gives the concrete procedure, for reference.
Key words: concrete; structure; concrete; engineering application
中圖分類號：TU398.9文獻標識碼：A 文章編號：
0.前言
鋼管混凝土是在鋼管中充填混凝土制成的建筑構件。鋼管混凝土構件具有強度高、塑性好、施工快捷等優點，能夠適應現代工程結構中大跨度、高聳、重載及在惡劣條件下施工的需要，也符合現代施工技術的工業化要求。其中鋼結構在制造、使用過程中具有無污染、可再生、節能、安全等特點，符合現代綠色環保的要求，因而己成為結構工程學科發展的－個重要方向。[1][2]
1鋼管混凝土的結構特點
鋼管混凝土具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質特點，即在鋼管內充填混凝土材料。由于外鋼管對管內混凝土形成的套箍作用，大大提高了混凝土的承載能力、塑性性能；改善了管內混凝土的性能，特別是高強混凝土脆性大的弱點得到克服，構件的延性性能明顯改善，具有優越的抗震性能；同時把混凝土內填于鋼管之內，增強了鋼管的管壁穩定性，剛度也遠大于鋼結構，使其整體穩定性有了較大的提高。鋼管混凝土結構主要應用于受壓構件中，在施工過程中，鋼管具有較大的剛度和強度，可以作為施工的勁性骨架；鋼管混凝土結構具有較好的耐沖擊能力和動力性能:由于鋼管內部混凝土的比熱較大，發生火災時，混凝土能吸收大量的熱量，從而延長了鋼管的耐火極限，有利于鋼管的抗火和防火。[3]
鋼管混凝土結構的特點：（1）承載力高，由于鋼管約束混凝土，同時混凝土也可以延緩或避免薄壁鋼管過早的發生局部屈曲。兩種材料相互彌補了對方的弱點，充分發揮了彼此的長處，從而使鋼管混凝土具有較高的承載能力，適用于高層建筑、大跨度橋梁等大型結構。（2）施工方便，鋼管具有較好的強度和剛度，能夠替代模板，可省略過支模拆模的施工過程，同時在管內不需要配筋，省去了綁扎鋼筋等工序，再配合以混凝土泵送工藝，使得鋼管混凝土施工極為方便、快捷。鋼管混凝土本身的施工特點符合現代施工技術工業化要求，可以節約人工費用，降低工程造價。（3）耐火性能好，鋼管混凝土內的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性能優于鋼結構，應用于高層結構時可降低體系的維護費用。（4）經濟效益高，在鋼管混凝土結構中可充分發揮鋼材和混凝土兩種材料的潛力，使得材料的性能得到更充分和合理的應用。實踐表明，與鋼筋混凝土結構相比，鋼管混凝土結構可節約混凝土60～70％，減輕自重50％左右，用鋼量略高或相等；和全鋼結構相比，則可節約鋼材50％，其工程造價也可降低45％。[4]
2.鋼管混凝土構件的制作
2.1內填混凝土的試配
1.材料的選擇：水泥選用42.5硅酸鹽水泥，密度為3.10g/cm，水泥用量為500～550kg/m3。粗骨料選用質地堅硬、表面粗糙、粒徑為5～16mm連續級配的機制石灰巖碎石，同時控制石子的最大粒徑不超過16cm，表觀密度為2.65g/cm，堆積密度為1480g/cm3含泥量小于0.5％，碎石的壓碎指標為11.23％。細骨料為砂子，采用級配良好的中砂，細度模數為2.7，密度：2.56g/cm。外加劑為高效減水劑，高效減水劑為配制高性能混凝土的技術關鍵，高效減水劑的減水率在25％以上，可大幅度的提高混凝土強度，密度為3.05g/cm，使用量為水泥用量的1.4％。
2.初步配合比設計[6][5]
本試驗的混凝土強度要達到C60，試配C60的混凝土
（1）確定混凝土的配制強度：
………………………………………（1）
其中可以查表得
所以
（2）混凝土的用水量
根據《特種混凝土和新型混凝土》的配制高性能混凝土時用水量選取范圍可得到
（3）確定水灰比
根據《特種混凝土和新型混凝土》的配制高性能混凝土時的水灰比推薦選取范圍，可以查到混凝土的水灰比選取為
（4）確定水泥的用量
水泥的用量可以得到為
（5）混凝土中高效減水劑的用量
616×1.4％＝9.24Kg/m3
（6） 砂率的確定
…………………………………….（2）
已知
取
故：
（7） 粗細骨料用量的確定
每立方米混凝土重量為2480Kg。
式中，可以得到
確定1立方米混凝土中各原料的配比
水：水泥：石子：砂子：減水劑=1:3.567:5.627:0.049
表1混凝土配合比和試驗結果
把上述兩組試驗分別做三個10cm×10cm×10cm的試塊，并在標準養護條件下養護7天及28天，測抗壓強度。
2.2混凝土的制作工藝
本次試驗采用的攪拌方法為水泥裹砂混凝土。水泥裹砂攪拌工藝的投料方法為先在攪拌機中投入砂子加1／3的水，攪拌1分鐘，再加水泥攪拌1分鐘，加入石子攪拌2-3分鐘，最后加入剩余的水及外加劑攪拌2-3分鐘。
2.3混凝土的澆灌和養護
鋼管混凝土構件采用分五次從鋼管一端加入混凝土，每次加入混凝土后在振動臺上震動不少于2分鐘，并且邊震動邊震搗，確保管內混凝土的密實，最終將端口用鐵片包好，防止端口混凝土在成型之前流動，然后倒置在室內，在室溫條件下養護28d以上。
2.4鋼管的制作
尺寸為324×12～14、φ153×12～14、219×12～14的無縫鋼管，切割完畢后應對切口進行清潔處理。
3鋼管混凝土在實際工程中的應用
鋼管混凝土能適應現代工程結構中大跨度、高聳、重載的結構形式，及在惡劣條件下施工的需要，符合現代施工技術中工業化的要求，因此越來越廣泛的應用在單層和多層工業廠房柱、送變電桿塔、桁架壓桿、樁、空間結構、高層和超高層建筑以及橋梁結構中，已取得良好的經濟效益和建筑效果。
單層和多成廠房柱，和鋼筋混凝土柱相比，鋼管混凝土柱顯得更加輕巧，被廣泛地用作各類廠房柱。地鐵站臺柱，地鐵的站臺柱承受的荷載較大，采用承載力高的鋼管混凝土可以減少截面面積，擴大使用空間。高層和超高層建筑結構中使用鋼管混凝土的主要優點有：構件截面面積較小，可節約建筑材料，增加使用空間；構件自重可以得到減輕，可以減少基礎負擔，降低工程造價；抗震性能較好；耐火性能相對于鋼結構可以降低防火造價；可以采用“逆作法”或“半逆作法”的施工方法，可以加快施工速度等等。[7]
4.結論
隨著經濟社會的不斷發展，對建筑工程工業化進度的不斷要求，鋼管混凝土的應用將越來越廣泛。對于以建的鋼管混凝土結構工程都已獲得良好的經濟效益和建筑效果。隨著建筑理論研究的深入和完善，新型施工工藝的產生和高性能材料的應用，鋼管混凝土結構將是結構工程科學的一個重要發展方向。
參考文獻
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蘇林王、羅巧玲 圓弧形細鋼管內填C50高強高性能混凝土的試配[J]. 佛山科學技術學院學報(自然科學版)
【中圖分類號】TU375 【文獻識別碼】A【文章編號】
1 前言
圓鋼管混凝土由于鋼管和內部核心混凝土“相互作用、優勢互補”使得鋼管混凝土具有承載力高、抗震性能好、施工方便等諸多優點，越來越受到工程師的青睞，在橋梁結構和高層建筑結構中的應用較為廣泛[1]。隨著鋼管混凝土工程實踐的不斷深入，發現在某些情況下，例如鋼管混凝土柱之間設有斜撐的節點處，大跨重載梁的梁柱節點區域等，橫向抗剪問題變得突出，因此深入研究鋼管混凝土抗剪強度有非常重要的工程意義。
以往對鋼管混凝土抗剪性能研究有：文獻[2-5]進行了圓鋼管混凝土抗剪性能的實驗研究和理論分析；文獻[6-7]進行了圓鋼管混凝土抗剪試件的實驗研究，并基于實驗結果建議了圓鋼管混凝土柱的抗剪承載力的計算公式。文獻[8]根據純扭試件的計算結果來確定鋼管混凝土的抗剪力學特性，即受扭時的剪切屈服點為鋼管混凝土的組合強度標準值，采用有限元法對純扭構件進行了大量的計算分析，最后提出了組合剪切模量、剪切剛度和抗剪強度的簡化計算公式，簡化計算公式與實驗結果吻合較好。文獻[9] 采用有限元軟件ABAQUS對鋼管混凝土基本剪切性能進行了研究，提出了鋼管混凝土抗剪強度的簡化計算公式，簡化計算結果與試驗結果吻合較好。
圓鋼管混凝土抗剪強度計算相關研究成果被國內有關規程采納，主要有福建省工程建設標準《鋼管混凝土結構技術規程》（DBJ/T13-51-2010）[10]、中國工程建設協會標準《鋼管混凝土結構技術規程》CECS28：2012[11]和中國工程建設協會標準《實心與空心鋼管混凝土結構技術規程》CECS254：2012[12]，為了為了幫助有關工程技術人員具體地了解上述各設計規程在進行圓鋼管混凝土構件抗剪承載力計算時的特點，本文簡要介紹了DBJ/T13-51-2010、CECS28：2012和CECS254：2012這三種設計規程中關于圓鋼管混凝土抗剪承載力的設計計算方法，同時，基于典型的計算算例，將不同規程的計算結果進行了對比和分析，以期幫助有關工程技術人員實際應用時參考。
2 各規程抗剪承載力計算公式介紹
2.1 DBJ/T13-51-2010規程[10]
文獻[1]采用有限元法對圓鋼管混凝土構件在受剪作用的下的工作性能進行了分析研究，并在大量參數分析結果的基礎上，提出了圓鋼管混凝土構件抗剪承載力計算方法，計算公式考慮了鋼管和核心混凝土的組合作用。DBJ/T13-51-2010規程采用文獻[1]的研究成果。DBJ/T13-51-2010規程給出的圓鋼管混凝土構件抗剪強度計算公式如下：
（1）
式（1）中： 為鋼管混凝土純剪構件抗剪承載力設計值； 為鋼管混凝土構件的組合截面面積； 為鋼管混凝土的組合剪切強度設計值，其計算公式表達式如下：
（2）
（3）
―鋼管混凝土抗剪承載力計算系數，按下式計算：
（4）
以上各式中， 為截面含鋼率（鋼管橫截面面積與核心混凝土截面面積之比）， 為鋼管混凝土的約束效應系數， 為鋼管混凝土軸壓強度設計值， 為混凝土軸心抗壓強度設計值。
2.2 CECS28：2012規程[11]
CECS28：2012規程中有關圓鋼管混凝土構件抗剪承載力是在文獻[6-7]系列實驗結果的基礎上，沒有考慮鋼管和混凝土的組合作用，偏安全的提出了鋼管混凝土構件的抗剪強度計算公式。CECS28：2012規程給出的圓鋼管混凝土構件抗剪強度計算公式如下：
（5）
式（5）中， 為鋼管內的核心混凝土橫截面面積； 為混凝土軸心抗壓強度設計值， 為鋼管混凝土的約束效應系數，按下式計算：
（6）
式（6）中， 為鋼管的橫截面面積； 為鋼材抗拉強度設計值。
2.3 CECS254：2012規程[12]
CECS254：2012規程是基于極限平衡理論和相關試驗結果基礎上推導的，計算公式中沒有考慮混凝土強度參數的影響。CECS254：2012規程給出的圓鋼管混凝土構件抗剪強度計算公式如下：
（7）
式（7）中， 為鋼管混凝土構件的組合截面面積； 為鋼管混凝土的受剪強度設計值，其計算公式表達式如下：
（8）
上式中， 為截面含鋼率（鋼管橫截面面積與核心混凝土截面面積之比）， 為鋼材抗拉強度設計值。
3 各規程抗剪承載力計算公式計算結果比較
為了比較以上各規程在計算圓鋼管混凝土構件抗剪強度計算結果的差異，以下采用典型計算算例的計算結果進行比較。算例的計算條件為：Q235鋼和Q420鋼，混凝土強度為C30、C50和C80，截面含鋼率 從0.04-0.2，選用了兩種截面尺寸，鋼管外徑D=400mm和D=800mm。
圖1給出了鋼管外徑D=400mm時不同參數情況下各規程計算得到的圓鋼管混凝土構件抗剪強度 ～ 關系曲線。從圖1可見，各規程抗剪強度計算值隨含鋼率變化規律類似，表現為抗剪承載力隨含鋼率 的增大而增大。從圖1還可以看出，在截面含鋼率較小時，各規程的計算結果差異相對較小，在截面含鋼率較大時，各規程的計算結果差異增大。計算結果總體呈現規律為：在其他條件一定的情況下，CECS254：2012規程計算獲得的抗剪承載力最大，DBJ/T13-51-2010規程居中，CECS28：2012規程最小。
（1） C30混凝土 （1） C30混凝土
（2） C50混凝土 （2） C50混凝土
（3） C80混凝土 （3） C80混凝土
（a） Q235鋼材 （b）Q420鋼材
圖1 圓鋼管混凝土抗剪承載力計算結果比較（D=400mm）
圖2給出了鋼管外徑D=800mm時不同參數情況下各規程計算得到的圓鋼管混凝土構件抗剪強度 ～ 關系曲線，各規程計算結果的差異規律與圖1類似，不再重復。
（1） C30混凝土 （1） C30混凝土
（2） C50混凝土 （2） C50混凝土
（3） C80混凝土 （3） C80混凝土
（a） Q235鋼材 （b）Q420鋼材
圖2 圓鋼管混凝土抗剪承載力計算結果比較（D=800mm）
4 結語
本文簡要介紹了DBJ/T13-51-2010規程、CECS28：2012規程和CECS254：2012規程在圓鋼管混凝土構件抗剪承載力計算方法和特點，結合典型計算算例比較了以上各規程在計算圓鋼管混凝土構件抗剪承載力結果的差異，研究結果表明，在其他條件一定的情況下，各規程計算值比較的基本規律為：CECS254：2012規程計算獲得的抗剪承載力最大，DBJ/T13-51-2010規程居中，CECS28：2012規程最小。
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中圖分類號：TU323-1 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2015）34-0167-03
1、鋼結構體系分析方法概述[1]～[5]
國內外學者對鋼結構的計算理論進行了大量分析，提出一些行之有效的計算方法。我國編制的鋼結構設計規范中，對鋼框架結構的設計計算給出了計算公式，但該公式主要基于材料處于彈性范圍內，計算結果偏于保守。對材料進入塑形范圍內的破壞，許多學者也進行了分析，并提出了計算方法，如塑性區法和塑性鉸法。一般來說，分析框架結構應該考慮以下幾種因素：
1.幾何非線性：
2.材料非線性：材料的彈塑性性能；
3.幾何缺陷：初彎曲、初偏心、初傾斜；
4.材質缺陷：冶金缺陷、殘余應力。
本文在分析計算時遵循我國鋼結構設計規范（GB50017-2014）中的荷載效應分析方法以及設計方法，當框架在進行極限狀態下的彈塑性分析時采用考慮幾何非線性的塑性鉸法。本文主要采用結構設計軟件PKPM[6]～[11]進行研究分析。
2、建立結構模型
2.1 結構概況
層數：（多層）地下1層，地上6層，出屋面樓梯間1層；層高：地下3.6m，地上層高均為2.9m，出屋面4.1m；室內外高差：0.45m；混凝土環境類別：外墻、基礎、雨蓬、衛生間樓板為二a類，其余混凝土環境為一類；樓板：現澆混凝土平板，預應力槽形疊合板，樓面預留70mm建筑做法，輕骨料混凝土填充；主體結構材料：鋼材：Q235；混凝土強度等級：鋼管混凝土柱C40，其他C30；鋼筋：HPB300級、HRB400級；基礎采用鋼筋混凝土樁基礎；填充墻：外墻、分戶墻、樓梯間墻――200mm厚加氣混凝土砌塊。
本文主要進行7度抗震設防區設計基本加速度值為0.10g設計地震分組為第二組地震作用下的設計分析，場地土特征周期值選取0.40s。
2.2 結構方案
本文分析三種常用結構，分別是純鋼框架結構、鋼框架-支撐結構、鋼框架-混凝土筒體結構。 每一種結構采用三種布置方案，方案一選用方鋼管柱；方案二選用采用H型鋼柱； 方案三選用圓鋼管混凝土柱。
3、計算結果分析
3.1 純框架結構
純框架結構的主要構件用鋼量如表1所示。
主要計算結果：
1.自振周期 通過計算可得三種方案的前3階自振周期如表2-4所示：
2.構件的安全性能
結構在各個荷載組合作用下的最大應力比如表5所示：
3.變形
結構在風荷載和地震作用下的側移如表6所示；
由表可知，結構側移滿足規范的要求，仍有一定量的富余。
3.2 鋼框架-支撐結構體系
鋼框架-支撐結構體系的主要構件用鋼量如表7所示。
主要計算結果：
1.自振周期 通過計算可得三種方案的前3階自振周期如表8-10所示：
2.構件安全性能
結構在各個荷載組合作用下的最大應力比如表11所示：
3.變形 結構在風荷載和地震作用下的側移如表12所示；
由表可知，結構側移滿足規范規定的限制。
3.3 鋼框架-鋼筋混凝土筒體體系
鋼框架-鋼筋混凝土筒體體系的主要構件用鋼量如表13所示。
主要計算結果：
1.自振周期 通過計算可得三種方案的前3階自振周期如表14-16所示：
2.構件安全性能
結構在各個荷載組合作用下的最大應力比如表17所示：
鋼框架-鋼筋混凝土筒體結構體系在風荷載以及多遇地震作用下的安全性能和抗側移能力都大大高于限值要求。經過計算鋼框架部分的橫向抗側剛度只有筒體的1.07%；縱向上只有3.96%，沒能有效的參與工作，所以承載力只能作為二階段抗震的儲備。多遇地震作用組合下，底層轉角部位剪力墻段的豎向鋼筋和抗剪鋼筋配筋率達到了2.1%、2.7%。
3.結構變形
結構在風荷載和地震作用下的側移如表18所示：
4 結論
本文結合具體建筑方案對7度區（0.10）Ⅱ類場地下幾種常用鋼結構進行了分析與對比，從計算結果分析可得出以下結論：
4.1 安全性能
常用結構體系的三種方案均能滿足安全性能的要求。純框架結構構件的應力比較小，富余過大，并不太合理。鋼框架-混凝土筒體結構、鋼框架-支撐結構兩種結構的構件應力比都比較大，構件的承載力能夠充分發揮。
4.2 抗側移性能
常用結構體系的三種方案的位移角、側移性能進行對比分析：純框架結構結構比較差，鋼框架-支撐結構勝之，鋼框架-混凝土筒體結構最優。后兩者的側移不僅滿足了規范規定的限值，而且滿足了住宅精裝修的要求。
4.3 抗震延性
從自振周期可以看出，結構縱向剛度比橫向剛度大，原因是縱向構件比橫向構件多。因此可以在橫向增加支撐減少兩個方向的剛度差，從而減小結構的扭轉，增加結構的抗震性能。
純鋼框架結構可以充分發揮鋼材的延性，但由于結構形式單一，抗震性能不如其它兩種結構。鋼框架-支撐結構可以充分發揮材料的塑形性能，結構的抗震性能較好，而且經濟合理。鋼框架-混凝土筒體結構的抗震性能最好，但不能充分發揮材料的力學性能。
4.4 用鋼量
通過分析，三種常用的結構體系中方案3是最優的。在進行結構方案選用的時候，可以首先選用方案2和方案3，經濟上方案3是最優。在對經濟性要求不是很苛刻時，可以考慮方案1。
綜上所述：圓鋼管混凝土柱的力學性能要強于方鋼管柱和H型鋼柱，在7度區，用鋼量比后兩者少了4.1%?？傮w上，三種常用結構體系中的三種方案都是有較好的實用性，具體選擇那種結構體系及方案，則需要根據具體的工程要求。
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中圖分類號：U443.22
文獻標識碼：A
文章編號：1008-0422（2008）11-0160-02
1前言
近年來，隨著我國國民經濟的高速發展，我國高等級公路建設呈現出突飛猛進的勢態。高等級公路對線型等方面的要求使得山區公路中出現了許多高墩橋梁，增加了施工難度。本文根據吉茶高速公路C1合同段的橋梁高墩柱施工過程，將主要采用鋼管支架及特制定型鋼模板來組織施工的高墩施工工藝詳加闡述,供大家參考。
2工程概況
本橋位于吉茶高速公路C1合同段內，橋位地處湘西自治州吉首市西南郊區雅溪村，中心樁位為K0+450，該橋上部構造為23×30m的預應力連續T梁，橋長706.7m，下部構造為柱式墩配樁基、整體式臺配樁基、重力式臺配擴大基礎，其中5-11號墩、17號墩、21號墩為薄壁式空心墩。該橋橋位區屬低山丘陵之山間沖溝地貌，地形起伏較大，底面高程204.00～260.00m，橋最大架空高度36m。
3高墩施工的特點及難點
該橋梁所處地形復雜，交通運輸不便，而且大部分橋墩身高。工程量大，工期短，因此橋墩施工是該工程的關鍵所在。然而對于20 m以上的高墩柱卻存在以下的特點：
3.1施工周期長。對于高空作業，模板的受力自成體系，從模板的受力性能考慮，高墩柱混凝土的一次澆筑高度一般為4~6 m。對于20 m以上高墩的施工次數至少在4次以上，這樣每一根墩柱的施工周期相當長，受機械設備等因素影響，有的墩柱施工工期達到5、6個月之長。
3.2模板和機械設備的投入大。由于單根高墩柱的施工周期長，且受總工期的限制，各大橋的高墩柱只能采取平行作業的施工組織方法，每根墩柱至少配備6 m高度的模板,使其自成施工體系，這樣模板的投入相當大。受起吊能力的限制，高墩柱施工須配備大噸位的吊車，且全標段高墩柱數量多，分散于不同的山溝內，致使吊車等設備很難相互調配使用，導致機械設備的投入也大。
3.3高墩施工定位控制難度大。對于高橋墩來說，截面相對面積小、墩身高、重心高、墩身柔度大、施工精度要求高，是其顯著的特點，施工時軸線很難準確控制。
3.4高墩施工接縫的處理要求高。高墩柱不僅僅只是一個簡單的受壓構件，而且還受到復雜的彎矩扭矩作用，必須保證墩身有一定的柔度，在荷載和各種因素作用下其彎曲和擺動不可避免，因此對高墩的施工質量要求很高，而高墩的施工縫如處理不到位，就成為墩身受力的薄弱處。
3.5高空作業，施工安全度低。
4施工方案
4.1施工方案簡介：
針對墩柱墩身較高的特點，墩柱模板全部采用特制定型鋼模板，由兩塊半圓拼裝而成，模板每節高度分1.5m、2.5m、3m三種，其中1.5m、2.5m為D140的模板，3m為D180模板。采用吊車進行模板安裝，在吊車不能所及的高度采用卷揚機和臨時固定在已澆混凝土柱頂的吊架吊裝施工時所需材料和安裝墩柱模板（1.5m/節），在模板頂和中部分別以風纜繩緊固穩定，保證立模后的剛度及豎直度。墩柱混凝土在吊車能及的高度用混凝土運輸車送至現場，以吊車配混凝土吊斗，利用串筒澆筑，吊車不能及的高度，用混凝土輸送泵直接送至模板內澆注，用插入式振搗器振搗，混凝土采取分層連續進行澆注，每層厚度不大于30cm，中間因故間斷不能超過前層混凝土的初凝時間?；炷敛扇〖邪韬?，混凝土攪拌車運輸。
4.2施工工藝流程(見圖1)
5施工關鍵技術
5.1測量放樣
先對墩柱的結構線及墩柱中線進行測量放樣，墩柱前后、左右邊緣距設中心線尺寸容許偏差10mm。墩柱施工前，將樁頂沖洗干凈，并將墩柱結構線以內的混凝土面鑿除浮漿，整理連接鋼筋。
5.2鋼筋工程
嚴格按照經監理工程師審批的支架方案進行塔設，墩柱支架塔設完成后進行墩柱鋼筋幫扎施工。鋼筋統一在加工棚進行下料和制作，鋼筋的調直、截斷及彎折等均應符合技術規范要求，鋼筋加工完成后進行編號堆放，運至作業現場再用定滑輪吊至作業平臺進行綁扎、焊接。對于變截面高墩,應注意墩柱主筋接長時應注意焊接接頭必須錯開,使接頭鋼筋面積不超過鋼筋總面積的25%;箍筋接頭應在四角錯開,彎鉤長度滿足設計及抗震要求。按設計及規范制作的墩柱鋼筋籠用吊車吊裝時對位要準確，采用垂線法定位，中心點誤差控制在2cm內，墩柱邊側的保護層利用墊塊來保證，并對蓋梁連接鋼筋進行預留。
5.3支架與立模板：
5.3.1墩柱支架搭設
a、技術要求：墩柱腳手架主要起穩固模板、操作架、支撐及垂直運輸作用，必須具有足夠的強度、剛度和穩定性；支承部分必須有足夠的支承面積，如安設在基土上，基土必須堅實并有排水措施；腳手架立桿間距及橫桿步距必須滿足使用要求。
b、搭設方法：清平夯實基土(最好將腳手架支承于墩柱承臺上)，圍繞墩柱搭設立柱鋼管支架：采用立桿24根，立桿采用搭接的方式連接，搭接長度不小于50cm，搭接范圍內的扣件不少于2個。各立桿間布置水平撐，并適當布置垂直剪力撐，剪力撐與水平方向成45°角放置。鋼管支架立桿的縱橫向間距為1.4m×1.4m，橫桿步距為1.6m，則搭設一個立柱支架鋼管總長為2360m，扣件約1180個。
b、支架受力分析及計算：鋼管支架自重力：19090N，施工荷載：10000N，合計：F=29090N?？紤]施工時的不均勻性，取不均勻系數1.5，則剛支架所受總荷載為：F=29090N×1.5=43635N。每根立桿承受荷載為：43635/8=5454N，則用￠48×3mm的鋼管面積A=424，鋼管回轉半徑為：I=15.9mm.
1)按強度計算，立桿的受壓力為：σ=N/A=5454N/424mm2
2)按穩定性計算，立桿的受壓應力為：長細比：λ=L/I=1600/15.9=100
查《鋼結構技術規范》表C-2，b類截面軸心受壓構件的穩定系數，Φ=0.432
σ=N/(Φ×A)=5454/(0.432×424)=29.8N/mm2
3)鋼管支架其橫桿抗彎強度σmax和剛度Wmax為：
抗彎強度σmax=ql2/10w=31167×1.42/ (10×4.49×103)=1.4Mpa
其中： w―鋼管的截面最小抵抗矩w=4.49×103mm3
f―鋼材強度設計值，為215Mpa
q=43635N/1.4m=31167N/m
剛度Wmax=ql2/150EI=31167×1.44/(150×2.06×105×10.78×104)=36×109
其中：I―鋼管截面慣性矩I=10.78×104mm4
E―彈性模量E=2.06×105Mpa
容許撓度為3mm
根據以上計算結果，鋼管支架立桿受壓應力和橫桿抗彎強度及剛度都小于容許值可滿足施工要求，則該支架方案是可行的。
5.3.2立模板
墩柱模板全部采用特制定型剛模板，由兩塊半圓拼裝而成，模板每節高度分1.5m、2.5m、3m三種，其中1.5m、2.5m為D140的模板，3m為D180模板。采用吊車進行模板安裝，在吊車不能所及的高度采用卷揚機和臨時固定在已澆混凝土柱頂的吊架吊裝施工時所需材料和安裝墩柱模板（1.5m/節），在模板頂和中部分別以風纜繩緊固穩定，保證立模后的剛度及豎直度。墩柱高度在≤15m時，采取一次性裝模到位，并進行混凝土澆筑。
5.4澆筑混凝土
混凝土澆注前對支架、模板、鋼筋進行檢查，符合設計及規范要求后方可進行混凝土澆注，混凝土澆筑采用一次支模到頂，一次混凝土澆筑的方法施工，中間不留施工縫。混凝土采取集中拌和，混凝土攪拌車運輸?；炷涟韬椭袊栏窨刂撇牧嫌昧?，并對拌和出的混凝土進行塌落度測定，控制好水灰比。墩柱混凝土在吊車能及的高度用混凝土運輸車送至現場，以吊車配混凝土吊斗，利用串筒澆筑，吊車不能及的高度，用混凝土輸送泵直接送至模板內澆注，用插入式振搗器振搗，混凝土采取分層連續進行澆注，每層厚度不大于30cm，中間因故間斷不能超過前層混凝土的初凝時間。混凝土澆注過程中設專人檢查支架、模板、鋼筋的穩固性，發現問題及時處理?；炷翝仓筮M行表面抹平，混凝土初凝以后及時養護，防止混凝土表面出現裂縫。
5.5拆膜及養護
混凝土達到設計強度的75%后拆除墩柱模板，用塑料薄膜覆蓋養護，模板拆除時按順序拆卸，防止撬壞模板和碰壞結構。
6高墩施工的幾點體會
6.1盡量保證1根墩柱施工的連續性，減少中間停頓時間，以加快分項工程的完工時間，縮短計量支付的周期，減輕資金周轉壓力。
6.2搞好安全施工是高墩柱施工的關鍵環節之一，要經常對施工操作人員進行安全教育，強化安全意識,各工序應按安全操作規程辦事。
6.3由于模板周轉次數多，因此易產生模板變形，應在2.8 m寬模板的加強肋中間設1道橫穿墩身的對拉螺桿，高度方向每隔1 m設1道與加強箍固定聯結。
7結束語
實踐證明，采用高墩鋼管支架及特制定型剛模板的施工技術，對高空、立體、平行、交叉作業有了可靠的安全保證，同時也加快了工程進度，降低了工程成本，因此此技術是合理可行的。
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國務院文件明確提出:發展鋼結構住宅,擴大鋼結構住宅的市場占有率,將會加速住宅產業化過程,對我國建筑、冶金及相關產業的發展具有重大意義。為推動我國鋼結構住宅的快速發展，滿足人民群眾對鋼結構住房的需求,推進住宅產業現代化,中國鋼結構協會住宅鋼結構分會成立,并陸續召開了多次住宅鋼結構研討會,各地投入大量人力探索我國鋼結構住宅的發展途徑,并試驗性的建造了鋼結構住宅。新型的鋼結構住宅逐漸展現在人們面前。就我們國家的情況，鋼結構住宅必將有一個快速發展。
1.鋼結構的特點
鋼結構的特點與鋼材的特點相聯系，那就是強度高,因此,鋼結構自重輕,承載力高，鋼材的塑性和韌性好,因而鋼結構對動荷載的適應性強,使鋼結構住宅具有大空間和布置靈活的特點。鋼結構和傳統的混凝土結構相比較鋼材的強度為235N/mm2(A3),是混凝土強度的11倍;鋼材材質均勻,而混凝土的材質不均勻;尤其是混凝土的抗拉強度非常低,所以普通混凝土適筋梁的承載力設計階段均為帶裂縫工作階段;鋼材的容重為7850kg/m3,是混凝土容重的3.28倍;鋼材的彈性模量為206×103N/mm2,而混凝土,比如C30的混凝土變形模量為29.5×103N/mm2。因此,鋼結構住宅自重比傳統住宅結構要輕30%,構件小,便于工業化制作、運輸、安裝和現場裝配,大大降低了基礎施工的強度,施工場地也大為縮小,工期相對比傳統住宅縮短約40%左右,開發商更容易降低市場風險。從建造市場、客戶終端市場和外圍市場來看,都利于鋼結構住宅的未來發展。
2.鋼結構的設計原理
住宅建筑中的鋼結構一般指的是輕鋼結構,大致可分為兩類,即:以冷彎薄壁型鋼為承重構件的輕鋼龍骨建筑體系和以輕型鋼梁、鋼柱為承重體系的輕鋼框架建筑體系。如:取代格構式截面的H型鋼和用于樓蓋層中可代替模板和抗拉鋼筋作用的亞型鋼板的應用;結合跨度、高度和結構形式,選用網架、懸索、預應力鋼結構的應用;組合梁的應用,混凝土板和鋼梁在構造上形成整體,共同抗彎,充分發揮混凝土板的受壓和鋼梁的受拉作用;鋼管混凝土柱,受縱向壓力作用時,鋼管的應力狀態為異號應力場(縱向、徑向受壓,環向受拉),縱向應力比單向受力時屈服強度低,塑性好;混凝土處于三向受壓狀態,承載力比單向受壓棱柱體強度高,且極限變形大大增加,塑性提高,同時由于鋼管的約束又大大提高了混凝土的承載力。相對于其它材料結構,鋼結構的實際受力狀態符合力學計算的假設狀態,計算結果可靠,使用更安全,而且抗震性能好。
3.鋼結構在我國的應用
鋼結構在我國的應用最早見于上世紀九十年代初，1994年11月建于上海北蔡的8層鋼結構住宅,采用的就是冷彎成型矩形鋼管砼和U形冷彎薄壁組合梁組成框架,外墻采用稻草板。建造該試驗住宅的上?，F代房地產公司,1999年還在新疆和上海分別建造了8層和5層鋼結構住宅,并試用錯列桁架體系的結構形式,使小開間取得了大開間的效果,引起了各界的重視。免費論文。期間較為引人注目的有長沙遠大公司,他們在1999年建成了8層H型鋼框架、壓型鋼板組合結構、配合整體浴室、中央空調等先進設備的集成住宅,全部工期為3個月結構,2個月裝修,充分體現了預制、集成、裝配的特色,展現了鋼結構住宅的良好前景。
20世紀80年代中期,隨著我國改革開放的深入,工業化的輕鋼別墅也進入我國,先后從日本引進幾百棟輕鋼結構低層別墅。之后幾年又從澳洲、加拿大引進了輕鋼龍骨住宅體系構件在國內組裝。免費論文。隨著國家《建設領域推廣應用新技術管理規定》和《鋼結構住宅建筑產業化技術導則》的出臺,鼓勵新技術、新體系的應用, 在理論上疏通了對鋼結構住宅的發展限制。相關規范和標準的出臺,為鋼結構住宅在我國的發展奠定了基礎?，F在中國的鋼產量已躍居世界第一位,鋼結構在住宅中的應用必將有一個大的發展。
4.鋼結構住宅在我國快速發展應解決的問題
鋼結構住宅的快速發展，拋棄了原來難以逆轉的混凝土,采用可重復利用的建材,減少了對自然的破壞，而且施工場地小,對環境的破壞也少，如果大規模采用鋼結構,將很大程度上減少灰塵污染，符合可持續發展戰略。但是,我們也要看到到當前存在著幾個制約我國鋼結構住宅發展的問題。一是價格高的問題。我國的鋼產量雖有較大提高,但人均產量仍然較少,鋼材在我國國民經濟中仍屬較貴重材料,相比較而言,混凝土價格要比鋼材價格低。二是設計力量薄弱。設計中采用鋼結構時,應注意結構的功能要求是否屬于鋼結構的合理應用范圍。較高的承載力使鋼結構設計時,要考慮以不適合繼續承載的巨大變形為結構設計的極限狀態準則。鋼結構存在著許多節點,每個墊板、螺絲、焊縫都需要精確計算,各專業必須一次到位。因此,鋼結構的設計比混凝土結構設計要復雜,鋼結構的圖紙量也遠多于鋼筋混凝土結構。三是鋼結構生產體系還未形成,市場比較混亂，只有進行大規模生產,才能體現出鋼結構的優越性。免費論文。同時,鋼結構住宅采用的復合材料在國內還沒有大規模生產,復合材料的選擇余地很小。此外,目前進入國內的鋼結構生產商很多,產品的標準、價格和質量都不統一,而國家尚沒有統一的標準來制約,使得開發商、設計師還很茫然。四是鋼結構的使用年限。磚石混凝土號稱永不損壞,鋼結構不行,一般使用壽命只有50年。一想到自己要買的房子不能住一輩子,這會阻止一部分客戶的購買欲望。其實,磚石結構房屋的使用也很少超過50年,而且,隨著保險業的發展,房屋壽命問題應該很容易解決。
5.結束語 鋼結構住宅與鋼筋混泥土等住宅相比具有抗震、環保等諸多優點，是世界各國倡導，我們國家提倡和人們所迫切需要的，這些年經過實際應用也得到了人們的認同，隨著現代科學技術的高速發展以及人們對住宅的功能齊全、使用方便、居住舒適、安全節能、有益健康等方面的要求,鋼結構住宅在我國必將有一個飛躍式的發展。
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