二級(jí)指導(dǎo):鋼管混凝土綜述(三)

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3.4 單層和多層工業(yè)廠房柱
    單層工業(yè)廠房的柱屬于偏心受壓構(gòu)件,為了充分發(fā)揮鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),很多工程中的柱子設(shè)計(jì)成格構(gòu)式組合柱,如雙肢柱、三肢柱和四肢柱,把偏心彎矩轉(zhuǎn)變?yōu)檩S心力。如1972年建成的本溪鋼鐵公司二煉鋼軋輥鋼錠模車間采用了四肢柱;1980年建成的太原鋼鐵公司第一軋鋼廠第二小型廠的下柱采用雙肢柱;1982年建成的吉林種籽處理車間采用了三肢柱;1980年建成的武昌造船廠船體結(jié)構(gòu)車間采用了四肢柱。與鋼筋混凝土柱和普通鋼柱相比,鋼管混凝土組合柱顯得特別輕巧,節(jié)約鋼材,施工簡便,同時(shí)剛度好。單層工業(yè)廠房中采用鋼管混凝土柱時(shí),鋼管中混凝土的澆注可以在全部主體結(jié)構(gòu)安裝完成后進(jìn)行,所以大大縮短了工期。如1992年建成的哈爾濱建成機(jī)械廠大容器車間,從破土動(dòng)工到竣工只用了15.5個(gè)月;同年該廠又建成了容罐式汽車車間,主體結(jié)構(gòu)的施工僅用了半年時(shí)間。
    80年代初,我國開始在多層工業(yè)廠房中采用鋼管混凝土柱。多層工業(yè)廠房柱基本為偏心受壓單管柱;如1984年建成的上海特種基礎(chǔ)科研所的科研樓,1985年建成的柳州水泥廠窯尾加熱車間。
    4.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)研究的發(fā)展方向
    4.1 高強(qiáng)度材料的應(yīng)用
    采用高強(qiáng)混凝土可以減輕結(jié)構(gòu)自重、降低工程造價(jià)。隨著混凝土強(qiáng)度的提高,其延性下降,這阻礙了它在實(shí)際工程中的應(yīng)用。將高強(qiáng)混凝土灌入鋼管中形成高強(qiáng)鋼管混凝土,由于受到鋼管的約束作用,混凝土處于三向受壓狀態(tài),其延性將大為提高,而其構(gòu)件的承載力也得到了相應(yīng)的提高。因此,高強(qiáng)鋼管混凝土具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?BR>    近年來,國內(nèi)外對(duì)高強(qiáng)鋼管混凝土構(gòu)件的研究表明;高強(qiáng)鋼管混凝土的力學(xué)性能與普通鋼管混凝土有所不同,其設(shè)計(jì)不能套用普通鋼管混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)公式。而我國現(xiàn)行的鋼管混凝土設(shè)計(jì)施工規(guī)范和規(guī)程只適用于普通鋼管混凝土結(jié)構(gòu),因此必須加大高強(qiáng)鋼管混凝土的研究力度,盡快制定出相應(yīng)的設(shè)計(jì)施工規(guī)范和觀察。
    4.2 節(jié)點(diǎn)動(dòng)力性能的研究
    節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵部位,也是施工的難點(diǎn)。對(duì)于鋼管混凝土節(jié)點(diǎn),其合理與否直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全性和整個(gè)工程的造價(jià)。鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)可以分為兩種;鋼管混凝土柱與鋼筋混凝土梁的連接節(jié)點(diǎn)和鋼管混凝土柱與鋼梁的連接節(jié)點(diǎn)。目前,國內(nèi)對(duì)于鋼管混凝土節(jié)點(diǎn)靜力性能的研究較多,而對(duì)于節(jié)點(diǎn)動(dòng)力性能的研究報(bào)導(dǎo)還較少。
    4.3 耐火性能的研究
    我國還沒有制定針對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的防火規(guī)定。對(duì)于已經(jīng)建成的鋼管混凝土結(jié)構(gòu),有的采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的要求外包混凝土,有的按照鋼結(jié)構(gòu)的要求涂防火材料,都沒有統(tǒng)一規(guī)定和科學(xué)的依據(jù)。近年來,國內(nèi)學(xué)者就鋼管混凝土的耐火性能問題進(jìn)行了研究,已經(jīng)取得了可喜的成績;應(yīng)盡快編制出適合我國國情的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)防火規(guī)范。
    4.4 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)體系抗震性能的研究
    在對(duì)采用鋼管混凝土柱及鋼筋混凝土柱的框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了抗震性能的對(duì)比試驗(yàn)研究;并從理論上分析比較了兩種結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能,得出了鋼管混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能明顯優(yōu)于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的結(jié)論。但目前對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的研究,主要還是集中在基本構(gòu)件方面,而對(duì)于鋼管混凝土整體結(jié)構(gòu)的抗震性能的研究還不多。應(yīng)開展這方面充分的研究,以提供合理的抗震設(shè)計(jì)參數(shù),便于工程應(yīng)用。
    4.5 矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的研究
    矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中,鋼管對(duì)于其內(nèi)部混凝土的約束作用相對(duì)較弱,但是它具有節(jié)點(diǎn)形式簡單,便于施工等優(yōu)點(diǎn)。國外學(xué)者對(duì)矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已進(jìn)行了大量的研究,制定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)程,在工程應(yīng)用上也取得了很大的進(jìn)展。我國的矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工規(guī)程尚在制定中。
    與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)相比,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是一種相對(duì)年輕的結(jié)構(gòu)形式。隨著其理論研究的深入和完善,新型施工工藝的產(chǎn)生和高性能材料的應(yīng)用,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍將不斷擴(kuò)大。
    4.6 鋼管混凝土施工方面的研究
    鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在施工中也有一些問題不容忽視。在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接構(gòu)造方面:①當(dāng)鋼管混凝土柱與混凝土梁連接時(shí),就必須借助于柱上的牛腿和加強(qiáng)板。如果用暗牛腿、會(huì)給澆注混凝土帶來不便,影響施工進(jìn)度;②當(dāng)鋼管混凝土柱與無梁蓋連接時(shí),尤其是采用升板法施工時(shí),板與柱的連接構(gòu)造是相當(dāng)復(fù)雜的,會(huì)直接影響到施工的進(jìn)度;③為了能夠充分發(fā)揮鋼管混凝土的承載力,鋼管混凝土的連接應(yīng)盡可能地將連接力可靠地傳遞到核心混凝土上。常采用柱頂蓋板、柱腳底板和層間隔板、穿心板等來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)然前提條件必須是應(yīng)保證管內(nèi)混凝土的密實(shí),做到這一點(diǎn)也是不易的。橫隔板和上、下柱的連接是比較縈瑣的,尤其是對(duì)于小直徑管,特別不便于施工。穿心板的制作也很麻煩,而且還會(huì)妨礙管內(nèi)混凝土的澆注和振搗。一般僅在大直徑鋼管混凝土中使用。
    4.7 預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土方面的研究
    實(shí)際上,隨著鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用愈來愈廣泛,鋼管混凝土還常用于結(jié)構(gòu)的受拉部位,如鋼管混凝土空間桁架的下弦及受拉腹桿、大跨度拱橋的水平拉桿和擋土墻的錨桿等。因此,本文提出了預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土結(jié)構(gòu),即對(duì)鋼管混凝土構(gòu)件施加預(yù)應(yīng)力,以提高結(jié)構(gòu)的承載力。預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土結(jié)構(gòu)不僅有效地拓展了鋼管混凝土的應(yīng)用范圍(鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍不再局限于軸心受壓短柱,可擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)的受拉部位),而且改善了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的性能,也充分發(fā)揮了組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。另外,預(yù)應(yīng)力鋼管混凝土結(jié)構(gòu)用于斜拉橋的斜拉索亦是一種有益的嘗試,可改善結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能,減小斜索垂度的影響,提高索的耐久性和抗腐蝕能力。
    4.8 薄壁離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)
    薄壁離心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是介于鋼筋混凝土環(huán)形桿和鋼管桿之間的一種新型鋼—砼復(fù)合結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)既可以充分發(fā)揮鋼和混凝土兩種材料的物理力學(xué)性能,又可避免這兩種材料在各自單獨(dú)實(shí)用條件下的弱點(diǎn),具有良好的共同工作和力學(xué)性能。我國從1984年起,開始該結(jié)構(gòu)研究試驗(yàn),目前關(guān)于該種結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算理論、技術(shù)規(guī)程、制造工藝以及施工及驗(yàn)收規(guī)程均圖#以編制出版,已形成較為完整的體系。
    該種結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的其它結(jié)構(gòu)相比具有以下優(yōu)缺點(diǎn):
    (1)與鋼筋混凝土電桿相比,其優(yōu)點(diǎn)為:在使用鋼材相同的情況下,可減小斷面,減輕重量;簡化制造工藝,不需要鋼模,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率;抗震和抗沖擊能力強(qiáng),運(yùn)輸、安裝破損少,搬運(yùn)及立塔施工方便;可解決混凝土桿所普遍存在的裂縫問題,延長使用壽命;不需預(yù)埋件、抱箍等附件,連接方便;提高了構(gòu)件及工程的美觀效果。
    (2)與鋼管結(jié)構(gòu)或普通鋼結(jié)構(gòu)相比,其優(yōu)點(diǎn)為:節(jié)省25-50%的鋼材,降低造價(jià)20-40%左右;提高局部穩(wěn)定性;解決鋼管內(nèi)壁防腐問題。