浅谈钢管混凝土结构的研究进展及发展期望

任宏伟　李秋明　严珊

摘要：钢管混凝土结构作为一种新型的组合结构，在单层或多层工业厂房的结构柱、设备构架柱、各种支架和超高层建筑以及桥梁结构中广泛应用，对其理论和试验的研究越来越多，近年来逐渐的成为建筑领域众多学者的研究对象。本文简要阐述了钢管混凝土结构的各种优点，对国内外的钢管混凝土结构的研究进展和应用的现状进行了初步的总结，对其需要进一步深入研究的关键技术问题进行了探讨并指出不足，最后得出结论提出钢管混凝土发展的期望。

关键词：钢管混凝土 研究进展 应用 发展期望

中图分类号：TU39 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）01（b）-0000-00

1引言

钢管混凝土结构是一种新型组合结构，按照钢管的形状类型可以分为圆钢管混凝土、方钢管混凝土和矩形钢管混凝土等。钢管混凝土结构是将混凝土填充在薄壁钢管内部而形成，是通过螺旋配筋的混凝土结构的基础上演变而来。混凝土材料和钢材的充分组合可以有效地发挥钢材的抗拉性能和混凝土抗压性能各自优点，弥补两种材料各自的缺点。钢管混凝土结构的承载能力比钢筋混凝土结构有较大的提高，而且钢管混凝土结构中填充在钢管内部的混凝土处于三向的受压状态，可以使钢管混凝土结构具有较好的延性和抗震性能。除此之外，钢管混凝土结构还具有施工简便工期短以及美好的造型和显著的经济效果[1，2]。

2钢管混凝土结构国内外研究进展

钢管混凝土结构在建筑施工方面的应用研究已经有近百年的历史，1879年英国在铁路桥的施工中采用钢管混凝土桥墩技术是在世界范围内较早使用钢管混凝土结构的工程之一，为了防止钢管内部的锈蚀，施工过程中采用了在钢管内部灌入混凝土的措施。随后，众多国家的学者对钢管混凝土构件进行了理论分析和试验来研究其力学性能和工作机理，并且取得一系列重要成果[3]，国外一些国家对钢管混凝土结构的研究主要内容为方形钢管混凝土结构、圆柱形钢管混凝土结构和矩形钢管混凝土结构，填充在钢管内部的混凝土一般为素混凝土，或者在填充在钢管内部的混凝土中配置一些钢筋或型钢。钢管混凝土结构国外的设计规程主要有EC4（1996）、DIN 18800（1997）、SSLC（1979）和LRFD（1999）和AIJ（1980，1997）。除此之外，加拿大和澳大利亚等国学者又深入研究了薄壁钢管混凝土结构，并正在编制设计规程。最近几年中，美国、日本和澳大利亚等国的研究人员开始用高强的混凝土填充在钢管内部形成的钢管高强混凝土构件，对其各项工作性能进行深入的研究，并加以推广应用。

中国科学院哈尔滨土木建筑研究所是我国最早着手进行钢管混凝土结构基本理论研究的单位之一。我国的研究人员近几十年对钢管混凝土结构也开展了一系列的理论和试验研究，研究了钢管混凝土构件的设计方法和计算公式，并在圆钢管混凝土柱的研究中取得显著地成果，逐步建立了三个理论体系，《三向应力混凝土》、《钢管混凝土结构的计算与应用》和《钢管混凝土结构》这三本著作当中。钢管混凝土结构设计规程JCJ 01—89，CECS 28：90，DL 5085/T—1999和GJB 4142—2000[3-5]已经先后颁布，并且已经广泛的应用在电力规范以及国家军用标准之中。

国内外各个国家的设计规程虽然各自不同，但都有着丰富的理论基础，各个国家关于钢管混凝土的最新研究技术成果也在规程上展现出来，引导着钢管混凝土结构在国际范围内的研究和发展。

3 钢管混凝土结构的应用

随着科学技术的不断提高，试验研究和理论分析的不断加强深入，各种钢管混凝土结构在桥梁、地铁车站和工业厂房以等建筑物中的应用越来越广泛。近些年来在高层民用建筑中也不断的出现了钢管混凝土的结构，并取得了显著的经济效益。

JOHN LALLY于1897年在美国申请了专利，提出在房屋建筑的承重柱中开始应用钢管混凝土结构。法国巴黎的某个郊区于1930年建造了一座跨度为9米桥，采用了上承式钢管混凝土结构。1961年比利时人在建造船坞时采用的桁架和压杆也应用了钢管混凝土构件。法国巴黎采用了钢管混凝土柱建成的第一座摩天框架大楼。前苏联发现钢管混凝土结构的众多优点，将钢管混凝土结构使用在一些吊车栈桥中。1998年，在日本建成的94823平方米赛车场，地上的一到八层均采用了钢管混凝土柱的结构与钢梁相结合，使钢管混凝土的优点得到充分发挥，不仅外形美观而且取得显著的经济效果。

我国对于钢管混凝土结构技术的研究利用已经有50多年的历史，对钢管混凝土结构的研究我国从1959年开始，于1963年将钢管混凝土结构柱成功地应用在北京地铁车站工程中。北京许多地铁站的站台柱均采用了钢管混凝土结构作为支撑结构。而且在1986年将钢管混凝土结构应用到了葛洲坝水电站的繁昌变电所当中。从1990年到1998年期间，已建和在建的桥梁已经达到60多座，其中的30座跨度达到了100米，发展及其迅速。 许多著名的大桥的桥梁均采用了钢管混凝土结构，如四川的旺苍东河大桥、山东济南东站钢管混凝土拱桥、福建闽清石潭溪大桥、南海三山西桥、年万县长江大桥等。

近年来在多、高层和超高层民用住宅建筑中也开始采用了钢管混凝土柱结构体系，而且采用钢管混凝土结构建筑物的造价相比钢筋混凝土结构体系明显降低。90年建成的高度为63米福建省泉州邮电中心局大厦，采用了圆钢管混凝土结构作为在地下一层到地上二层的八根柱子。钢管混凝土结构技术现在已经广泛的应用在了福建的南安邮电局大楼、天津今晚报大厦、广东深圳赛格广场大厦、香港中心大厦等建筑物中。

4 存在的问题

钢管混凝土结构在国内外的研究与应用取得了巨大的成果，然而怎样更好的对这个领域的研究更加深化，推广钢管混凝土结构在实际土木工程中的应用，还存在一些问题，

1）对钢管混凝土节点连接问题的研究相对较少，节点的形式不统一，钢管混凝土节点连接问题直接关系到建筑结构的安全性以及工程的造价等方面，对钢管混凝土结构的应用发展在一定程度上有所限制。

2）钢管混凝土防火设计理论方面的实验和理论研究相对缺少，现在对钢管混凝土结构采用的防火措施采用外包混凝土或者涂防火材料，没有统一的科学依据。

3）目前对钢管混凝土结构的抗震方面研究不足，主要是对单一钢管混凝土构件进行了一些抗震的研究，而缺乏对钢管混凝土结构的整体抗震研究。

4）对钢管混凝土结构进行的研究没有对钢管普通混凝土结构、钢管高强混凝土以和钢管超高强混凝土三种类型分类的区别对待，没有充分区别各自的耐疲劳性能和抗震性能需等特点，不利于工程的应用。

5结论

对于钢筋混凝土结构而言，钢管混凝土结构是一种新型的组合结构，对其的科学研究不断的迅速发展，因钢管混凝土具有的各种优点被广泛应用在土木工程结构当中，是今后在建筑结构工程科学的一个重要发展方向。钢管混凝土结构受力性能合理，施工工艺简便，为土木工程建筑中增添了许多精品工程。由于还存在一些问题，因此还有必要对钢管混凝土的性能进行更深入更系统的研究，为人类生活做出了积极的贡献。

参考文献：

[1] 张颖.钢管混凝土在土木工程中的应用[J].建材技术与应用，2012，6：35-38.

[2] 刘力方.钢管混凝土结构研究现状及发展趋势[J].科技创新与应用，2012，37（5）：100-108.

[3] Shams and Saadeghvaziri，State of the Art of Concrete-Filled Steel tubular[J].ACI Structural Journal ，Vol.94.5， 1997， 558-571.

[4] 钟羲桐.钢混凝土结构抗震性能的研究[J].建筑钢结构进展，2002，1：3-15.