摘要：鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是介于鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)之間的一種新型結(jié)構(gòu)。它利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中的相互作用，彌補(bǔ)了兩種材料各自的缺點，且可充分發(fā)揮二者的優(yōu)點，使鋼管混凝土具有承載力高、塑性和韌性好、旋工方便和耐火性能好等諸多優(yōu)點而得到了較為廣泛的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：承載力；耐火性；研究
1鋼管混凝土結(jié)構(gòu)特點
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一種新型結(jié)構(gòu)，相比鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)有很多力學(xué)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)點，被廣泛運(yùn)用于高層建筑、工業(yè)廠房、拱橋結(jié)構(gòu)中。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是指在薄壁鋼管內(nèi)填充普通混凝土，將兩種不同性質(zhì)的材料組合而成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)中一般都不再配鋼筋，將鋼管結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點結(jié)合在一起而發(fā)展起來的新型結(jié)構(gòu)。和鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)相比較，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點：
(1)結(jié)構(gòu)承載力高。
對于薄壁鋼管來說，其抗彎性能強(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力；對于混凝土來說，其抗壓強(qiáng)度高，但抗彎能力很弱。在鋼管中灌入混凝土形成鋼管混凝土構(gòu)件，鋼管保護(hù)了混凝土，混凝土受到鋼管的約束而處于三向受力狀態(tài)，使得核心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和變形性能，而混凝土的存在可以避免或延緩薄壁鋼管過早出現(xiàn)局部屈曲，從而使鋼管混凝土柱具有很高的承載力。
(2)具有良好的塑性和韌性。
單向受壓的混凝土常屬脆性破壞；鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中，核心混凝土在鋼管的約束下，不但使用階段工作時彈性性質(zhì)得到改善，而且被破壞時產(chǎn)生很大的塑性變壞的特征。在反復(fù)荷載作用下，P一△滯回曲線表明，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的吸能性能特別好，延性好，無剛度退化現(xiàn)象，彎矩和曲率的關(guān)系曲線無下降段。
(3)結(jié)構(gòu)耐火性能好。
與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土由于鋼管內(nèi)填灌了混凝土，能吸收大量的熱能，因此遭受火災(zāi)時柱子截面溫度場的分布很不均勻，增加了柱子的耐火時間，耐火極限高于鋼結(jié)構(gòu)，為抗火而增加的保護(hù)材料比鋼柱少。
(4)施工過程便捷。
與鋼結(jié)構(gòu)相比，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)零部件少，焊縫少，而且柱腳構(gòu)造簡單，可直接插入混凝土基礎(chǔ)的預(yù)留杯口中，不需要復(fù)雜的柱腳構(gòu)造。由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼管較薄，大大減少了現(xiàn)場焊接的工作量和難度。
與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，不需要支模、綁扎鋼筋和拆模等工藝，同時由于自重輕，大大減輕了運(yùn)輸和吊裝工作。
在結(jié)構(gòu)的受壓桿件中，采用鋼管混凝土代替鋼筋混凝土和鋼結(jié)構(gòu)，可以節(jié)省鋼、木、水泥和減輕結(jié)構(gòu)自重，能更好地滿足施工的要求。鋼管本身就是鋼筋，它兼有縱向受力鋼筋和橫向箍筋的作用，制作鋼管遠(yuǎn)比制作鋼筋骨架省工省時，而且便于澆灌混凝土；鋼管本身就是耐側(cè)壓的模板，因而澆灌混凝土?xí)r可省去支模、拆模等工序和模板，并可適應(yīng)先進(jìn)的泵灌混凝土工藝；鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段可起勁性鋼骨架作用，其焊接工作量遠(yuǎn)比一般型鋼骨架少，從而可以簡化施工安裝工藝、節(jié)省腳手架、縮短工期、減少施工用地。
(5)經(jīng)濟(jì)性能顯著。
據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，與鋼柱相比，鋼管混凝土柱可節(jié)約鋼材50％左右，造價大幅度降低；與鋼筋混凝土柱相比可節(jié)約混凝土50％，減輕自重50％，且不需要施工模板，而用鋼量相等或略多。
2關(guān)鍵技術(shù)研究
2．1靜力性能研究
鋼管混凝土的力學(xué)性能研究引起了眾多學(xué)者的興趣，對圓形和方形鋼管混凝土的軸壓，軸拉，抗彎極限承載力和穩(wěn)定性進(jìn)行理論推導(dǎo)和實驗驗證，討論了混凝土徐變和收縮、鋼管焊接等對力學(xué)性能的影響，取得了豐碩的理論成果。但是鋼管混凝土為組合結(jié)構(gòu)，其中鋼管和混凝土兩種結(jié)構(gòu)的受力分配原理尚不完善；如受力不均勻，可在組合結(jié)構(gòu)端部設(shè)置散體結(jié)構(gòu)，使得組合結(jié)構(gòu)受力均勻。同時溫度應(yīng)力對組合結(jié)構(gòu)的影響也應(yīng)引起重視，因為鋼管和混凝土兩種材料對溫度應(yīng)力的敏感度不同，因此在溫度應(yīng)力影響下易在鋼管與混凝土之間的接觸面產(chǎn)生拉裂縫，破壞其整體剛度，減弱它的承載力。鐘善桐在理論分析和實驗的基礎(chǔ)上，提出了鋼管混凝土統(tǒng)一理論HJ，這是一種嶄新的設(shè)計理論，改變了傳統(tǒng)的將鋼管和混凝土分離設(shè)計的方法。
2．2防火問題
鋼管混凝土是一種新型結(jié)構(gòu)，在我國尚未制定有關(guān)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)防火設(shè)計方面的規(guī)定，不但制約了該類結(jié)構(gòu)的推廣應(yīng)用，而且對已建成結(jié)構(gòu)的耐火極限也缺乏必要的科學(xué)依據(jù)。在已建成的結(jié)構(gòu)中，有的按照鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的要求外包以混凝土，有的則按鋼結(jié)構(gòu)的要求涂以防火涂料。這樣雖然保證了防火要求和結(jié)構(gòu)的安全性，但大都偏于保守而造成浪費(fèi)，且缺乏科學(xué)性和統(tǒng)一性。因此，在理論研究和工程實踐的基礎(chǔ)上，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。
近十年，鋼管混凝土被應(yīng)用于疊合柱。隨著對鋼管混凝土理論研究的深人和工程應(yīng)用的日益廣泛，提高鋼管混凝土的抗火性能和核心高強(qiáng)混凝土的脆性等問題成為迫切需要解決的問題。目前，解決這一問題主要有兩種方法：其一是通過在鋼管內(nèi)填充配筋混凝土或鋼纖維混凝土來解決鋼管混凝土的脆性問題，通過在鋼管外表面噴涂防火涂料來解決鋼管混凝土的防火問題；其二是采用疊合柱。疊合柱是將鋼管混凝土布置在柱的核心，外面再包圍灌澆一圈鋼筋混凝土所形成的鋼管、管內(nèi)素混凝土和管外鋼筋混凝土三種材料組合的組合柱。疊合柱由于外包混凝土，所以其防火、耐腐性較好，同時，因總軸力的相當(dāng)大部分由核心內(nèi)鋼管混凝土承擔(dān)，外圍混凝土分擔(dān)(按豎向剛度比分配)的軸壓力小，因此軸壓比也較小，具有良好的延性。
2．3節(jié)點形式設(shè)計
鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點一直是工程應(yīng)用和研究的關(guān)注點。目前的設(shè)計規(guī)程中雖然也給出了一些節(jié)點連接形式，如加強(qiáng)環(huán)式節(jié)點、連接雙梁式節(jié)點、梁端局部加寬式節(jié)點、環(huán)梁式節(jié)點、半穿心式節(jié)點等。但節(jié)點形式偏少，同時也缺乏較充分的試驗依據(jù)，對于節(jié)點的定量研究和分析尚不是很充分。因鋼管混凝土結(jié)構(gòu)外體為鋼管，管內(nèi)不再配筋，其梁柱節(jié)點宜按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017—2003)中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計；另外，節(jié)點的動力性能是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵，也是施工的難點；這方面的研究在橋梁工程中顯得尤為重要。
2．4動力性能研究
近幾十年來，國內(nèi)外對鋼管混凝土構(gòu)件在靜力作用下的力學(xué)性能進(jìn)行了大量的試驗研究和理論分析，取得了豐富的成果，我國還建立了基于統(tǒng)一理論的鋼管混凝土軸壓構(gòu)件、彎曲構(gòu)件、壓彎構(gòu)件等的設(shè)計方法和計算公式。但目前國內(nèi)外對鋼管混凝土的動力性能研究基本上只限于試驗研究，尚沒有提供可供規(guī)范使用的計算理論和設(shè)計公式；而且對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)徐變和疲勞性能的研究相對較少，主要以試驗研究為主，由于尚缺乏合理的設(shè)計方法，在一定程度上制約了鋼管混凝土在高層建筑和鐵路橋梁等工程中的應(yīng)用。
3結(jié)論
由于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)相對于其他結(jié)構(gòu)具有承載力高、塑性和韌性好、耐火性好、施工過程便捷等顯著優(yōu)點，因此廣泛應(yīng)用于高層建筑、工業(yè)建筑和橋梁結(jié)構(gòu)等工程中，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。然而鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的理論研究并不完善，施工中也存在不少問題；總的來說，還可從以下方面進(jìn)行完善：
(1)鋼管混凝土為組合結(jié)構(gòu)，其中鋼管和混凝土兩種結(jié)構(gòu)的受力分配原理尚不完善；如受力不均勻，可在組合結(jié)構(gòu)端部設(shè)置散體結(jié)構(gòu)，使得組合結(jié)構(gòu)受力均勻。
(2)溫度應(yīng)力的影響應(yīng)引起重視，鋼管和混凝土兩種材料對溫度的敏感度不同，因此在溫度應(yīng)力影響下易在鋼管與混凝土的接觸面產(chǎn)生拉裂縫，破壞其整體剛度。
(3)因鋼管混凝土結(jié)構(gòu)外體為鋼管，管內(nèi)不再配筋，其梁柱節(jié)點宜參考《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50017—2003)中的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計；同時對于橋梁工程中的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)宜增加節(jié)點的動力性能研究。
(4)為避免多次樓層施工后的最終偏差過大，宜在每次安裝上一層鋼管混凝土柱時，在規(guī)范允許偏差范圍內(nèi)適當(dāng)預(yù)設(shè)逆向偏差來抵消下層鋼管混凝土柱的最終偏差。
