浅论钢管混凝土柱大截面环梁节点施工技术

浅论钢管混凝土柱大截面环梁节点施工技术

李辉 许洋洋

中建八局第一建设有限公司，山东 济南 250100

摘要:随著我国城市建设的发展，城市建筑工程也越来越复杂。尤其是大型高型建筑.对建筑工艺的要求极为复杂.钢管混凝土柱设计相比于钢筋混觀土具有明显的优势,它能够充分发挥混凝土的高强度以及钢树的弹塑特性,实现优势互补,从而使建筑柱子更为牢固不易弯曲,可以实现对房屋整体结构的有效支撑。在高层建筑的建造中应用尤为常见。而环梁节点施工技术,正是实现钢管和混凝土柱有效连接,充分发挥这项工艺价值的有效技术手段.本文将对该技术的原理.工艺和价值做简要探讨。

关键词:钢管混凝土柱；环梁节点；建筑施工

前言：

在本文中主要讨论了钢管混凝土（CFST）方向上的科研和工程应用等方面的发展概况，也阐述了未来对于钢管混凝土研究的重点。

1钢管混凝土新研究进度

1.1填充高强度混凝土的钢管混凝土性能的研究

高强混凝土，即强度等级为C60及以上的混凝土，在过去这几年来一直都是世界各国科研工作者工作的重点，该混凝土的优点为强度很高，可以节约水泥材料，降低构件的尺寸，减轻自重，所以非常适用于承受荷载很大的结构，例如各种高，超高层建筑，地下建筑以及大跨度结构。同时，高强混凝土的缺点也明显，延性较差，脆性较大，在安全要求较高的建筑中，通常由脆性进行破坏控制，以致其可靠性大大降低，如果利用钢管优异的延性与柔性，将高强度混凝土灌入钢管中，通过两种材料的组合，利用钢管优异的延性，混凝土卓越的承载性能以及外钢管对混凝土的套箍作用，提高了整体的延性以及承载性能，不仅如此，由于钢管同时也具有优异的抗剪，抗扭性能，将钢管和混凝土相组合，就可以有效的克服高强混凝土脆性大延性差的弱点。钢管混凝土相对于纯钢结构，在同时，满足工程承载能力的要求的情况下，可以减少约50%的钢材需求，减少了材料成本，而普通钢筋混凝土结构相比，减少了约50%的混凝土需求，同时因为混凝土用量减少，结构重量也相应的大大降低，并且在施工过程中，省去了支模的过程，降低了施工成本。如果在钢管内填入高强度混凝土而构成的钢管混凝土，相比于普通钢管混凝土又可以减少约10%的混凝土用量，同时自重相比普通钢管混凝土也更加轻，可以显著降低成本，提高经济效益。高强度的钢管混凝土构件以及结构的发展对于未来越来越多的高层以及超高层结构，桥梁结构，地下工程等产生重大影响。

1.2钢管混凝土短柱尺寸效应的研究

因为混凝土在施工过程不可避免的会在内部残留有裂纹缺陷，影响混凝土材料的性能，并且随着截面尺寸的增加，微裂缝缺陷的数量也随着增多，因此在同材料混凝土构成的混凝土结构中，增大截面尺寸，会导致混凝土构件的单位承载力随之降低，这种现象被大家称为混凝土的尺寸效应，这种现象在大体积混凝土中广泛存在，该效应在在钢管混凝土中也不可避免的存在。

因为大尺寸钢管混凝土短柱构件制作费事费力，且试验器具要求较高，所以现阶段主要是采取实际试验与数值模拟分析结合的方法，在钢管混凝土尺寸效应的研究中，需要考虑的影响因素主要有：含钢率，套箍系数，截面形式等，现阶段实际试验主要都是直径或边长小于500mm，大尺寸现阶段进行的较少，主要是通过利用ABAQUS进行数值模拟分析，在现阶段已经进行的试验当中，得出含钢率，拉筋配置对于钢管混凝土的尺寸效应具有缓解作用。如果在大尺寸钢管混凝土构件的力学性能和尺寸效应能够取得突破，那对于大尺寸大跨度结构，超高层建筑结构等领域都会产生及其重大的影响。

2钢管混凝土工程运用现状

在工业厂房，锅炉构架，各类电塔，码头结构，地下工程结构以及各类支架结构如高压输电塔中钢管混凝土均有广泛运用，在我国，随着大家对钢管混凝土优异性能的认知越来越广泛，钢管混凝土在工程结构中也运用的越来越频繁。

因为钢管混凝土的种种优点，该结构对于大跨度结构，桥梁尤为适用，且因为其优异的抗震性能，适用于地震多发处。这几年来钢管混凝土在以上领域的建设中取得了很大的进展。

2.1钢管混凝土在桥梁结构中的应用

在桥梁结构中使用钢管混凝土，对于现阶段桥梁设计和施工所要求的高强度材料，无支架施工以及轻量化有着显著的推动作用。使用钢管混凝土的桥梁结构一般分为两种：a.在将钢管混凝土作为主要受力结构的同时也作为桥梁的骨架；b.先将钢管作为施工时的骨架，之后再在钢管内部灌注混凝土从而与外部的混凝土连接为共同的断面。

2.2钢管混凝土在高层和超高层结构中的应用

将钢管混凝土用于高层和超高层柱的结构具有如下优势：a.相比于混凝土结构来说，降低了横截面积，即降低了自重和材料成本。b.抗震性能比一般钢混结构优异，因为相比与钢筋混凝土结构，因为外部钢管的存在，大大增加了结构的延性，于是抗震性能得到了有效的提高。c.相比于纯钢结构来说，耐火性能大大提升。d.在施工过程方面选择更加灵活，逆作法以及半逆作法均可实现。

钢管混凝土结构的建筑已经遍布全国各个区域，例如北京的世界金融中心大厦，广州的新中国大厦，伤害的陆海工程等。深圳的赛格广场为中国典型的钢管混凝土高层结构，该大厦共70层，地上商用部分的高度为278.8，该建筑的柱结构以及抗侧力体系的内筒采取了钢管混凝土柱。

3钢管混凝土截面环梁节点结构

3.1环梁节点结构原理

钢管混凝土柱在延展性和抗压性方面有着很好的优势,也符合高抗震性的建筑标准要求,面且施工也极为便捷,作为建筑施工局部方案有着很好的优势,但从整体的角度看也有其弊端,而这个弊端就是钢管混凝土柱与屋頂混凝土梁截面的连接,钢管不能像钢筋那样直接弯曲交织实现建筑纵向设计和横向设计的有效连接.要通过环梁节点实现这一功能,相比于原有工艺讲,这个过程要相对复杂,设计和施工难度较高。

3.2环梁节点结构的现状

目前技术条件下,环梁节点结构是钢管混凝土结构建筑所必须采用的技术手段,但不管是从设计上还是实践上,都没有统-的强制性标准,采用钢管混凝土结构的建筑工程师们大多因地制宜根据自身建筑特点采取了不同的方法,目前主要的技术手段有两种:一种是在钢筋混.凝土结构内的钢管上焊接圆钢。用以抵抗横梁的压力;另一种是利用钢筋也就是牛腿节点实现混凝土柱的钢管与横梁的有效连接。

这两种技术各有利弊.圆钢焊接的技术相对具有施工简便.承压性能更好的特点,更好的利用了力学传递原理,将顶部压力传递分散至钢管混凝土柱上,从而实现结构的连接和稳定,缺点是建筑的纵横结构连接较为薄弱,在抗强风方面相对较弱;面牛腿节点的方法相对比较传统,施工工艺虽然复杂但也极为成熟，能够实现有效的纵横连接,但缺点是顶部压力的传导机制较差,从整体上来说，使得建筑的抗压性和强度偏骑,不能将钢管混凝土结构的优势充分发挥。

结语

在世界范围内，近几十年来钢管混凝土的研究都有了巨大的进展，与此同时各国也相继出台了钢管混凝土结构的设计规范，如欧洲的Eurocode4,日本的AIJ,美国的AISC以及国内韩林海公式等。虽然钢管混凝土结构有着数十年的发展历史，但是与生活中随处可见的钢筋混凝土结构和钢结构相比，钢管混凝土无疑是一种年轻的结构。但是随着人们对钢管混凝土优异的各项性能逐步认知，钢管混凝土吸引了越来越多的科研人员投入到该结构中的研究中来，随着科学研究的愈加深入和完善，在以后的生活中，钢管混凝土将越来越频繁的出现在大家的视野中。

参考文献

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[2]朱海清,张谢东,李营,张行.钢管混凝土梁柱新型连接节点抗震性能试验[J].哈尔滨工业大学学报,2017,49(9):70-78.

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