Summary of concrete filled steel tube

abstract: This paper briefly introduces the research status of concrete-filled steel tube structure, specifically expounds the characteristics of concrete-filled steel tube structure, respectively discusses the application of concrete-filled steel tube structure in high-rise buildings, arch bridges and subway stations, and analyzes the future development direction of concrete-filled steel tube structure, so as to promote the application and promotion of concrete-filled steel tube structure.

key word: concrete filled steel tubular structure, characteristics, application, new type, development direction

1. introduction

　　 Concrete filled steel tube (CFT) is a kind of composite material formed by pouring concrete into steel tube. It is a component formed by filling concrete into steel tube.There are three types of components, i.e. infilled, outsourced and infilled.The steel pipe can be round steel pipe, square steel pipe or octagonal steel pipe, etc. the concrete can be plain concrete or reinforced.Concrete filled steel tube is evolved and developed on the basis of reinforced concrete and spiral reinforced concrete.Because of its high compressive strength, light weight, outstanding seismic performance, convenient construction, beautiful appearance and economic cost, concrete-filled steel tube is widely used in structural columns, equipment frame columns, various supports, super high-rise buildings and bridge structures of single or multi-storey industrial plants.

At present, the application of concrete-filled steel tube structure is very extensive, domestic and foreign scholars have carried out research on concrete-filled steel tube, and achieved some meaningful results.Columns are the main load-bearing components in buildings. It is of great significance to study the bearing capacity of columns for the safety and reliability of buildings. On the basis of experimental research, some scholars put forward some calculation theories and formulas for the purpose of calculating the ultimate bearing capacity, which are reflected in the relevant design codes and regulations of various countries.In todays engineering practice, concrete-filled steel tubular columns are more and more widely used in high-rise and super high-rise buildings. There is a large shear force at the junction of concrete-filled steel tubular columns and their diagonal braces in mega frame structures. At the joint of concrete-filled steel tubular column and reinforced concrete beam, when the shear force of the beam is transferred to the column through the anti corbel welded at the bottom of the joint,The shear capacity of CFST may play a leading role, so the size of steel tube should be determined according to the shear capacity of CFST column.At present, only from the practical point of view, the shear capacity of concrete-filled steel tubular column can be estimated conservatively, which limits the application of concrete-filled steel tubular in engineering practice to a certain extent.Therefore, the in-depth and systematic research on the shear mechanical properties of concrete-filled steel tube will play a positive role in promoting the development of concrete-filled steel tube structure, especially in the promotion and application of super high-rise buildings.

2. Classification and working principle of concrete filled steel tube

2.1 Classification of concrete filled steel tube

Concrete filled steel tube (CFST) refers to the component building formed by filling concrete in steel tube. According to different cross-section forms, CFST can be divided into square CFST, circular CFST and polygonal CFST,Concrete filled steel tubular columns can be divided into two forms: one is that the steel tube and concrete which make up the concrete filled steel tube are stressed together at the initial stage of loading;The second is that the external load acts on the core concrete, and the steel tube only acts as a constraint on the core concrete, that is, the so-called concrete-filled steel tube column. This paper mainly discusses the circular section and square section concrete-filled steel tube structures commonly used in practical engineering, and the situation that the steel tube and concrete bear the external load together at the initial stage of loading.

2.2 working principle

Concrete filled steel tube (CFST) is to make the core concrete in three-dimensional compression state with the help of the hoop restraint effect of circular steel tube on the core concrete, so as to delay the occurrence and development of longitudinal micro cracks, so as to make the core concrete have higher compressive strength and compression deformation capacity;At the same time, with the support of concrete filled in, the geometric stability of steel tube wall is enhanced, and the instability mode of steel tube is changed, so as to improve its bearing capacity.At this time, the steel tube and core concrete are in three-dimensional stress state, and the working properties of concrete also change qualitatively, from brittle material to plastic material.

According to the mechanical characteristics of concrete-filled steel tube, the circular steel tube has the hoop restraint effect on the core concrete and the supporting effect of the concrete filled in, so that the concrete-filled steel tube members have the characteristics of high axial compressive bearing capacity, good shear and torsion resistance;The core concrete in the steel tube is in the state of three-dimensional compression, and its working properties change from brittle material to plastic material. The concrete-fill

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

钢管混凝土综述

摘要：简要介绍了钢管混凝土结构的研究现状 ,具体阐述了钢管混凝土结构的特点 ,分别论述了钢管混凝土结构在高层建筑、 拱桥、 地铁车站工程中的应用 ,并对钢管混凝土结构今后的发展方向进行了分析 ,以期促进钢管混凝土结构的应用与推广。

关键词：钢管混凝土结构 ,特点 ,应用 ,新型 ,发展方向

引言

　　 钢管混凝土(Concrete-Filled Steel Tube ,简称 CFT)是将混凝土灌入钢管而形成的一种组合材料 ,是在钢管中填充混凝土后形成的构件。构件型式包括内填型、 外包型和内填外包型三类。钢管可以是圆钢管, 也可以是方钢管或八角形钢管等,混凝土可以是素混凝土, 也可以配有钢筋。钢管混凝土是在劲性钢筋混凝土及螺旋配筋混凝土的基础上演变和发展起来的。钢管混凝土由于其抗压强度高、 自重轻、 抗震性能突出、 施工方便、 外型美观和造价经济等优点, 广泛应用于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。

目前,钢管混凝土结构的应用很广泛,国内外学者对钢管混凝土进行了研究, 取得了一些有意义的成果。柱是建筑物中的主要承重构件, 研究柱的承载能力对建筑物的安全可靠具有重要意义, 一些学者在试验研究的基础上, 提出了一些以计算其极限承载力为目的计算理论和公式, 并反映在各国的有关设计规范和规程中。在当今工程实践中, 钢管混凝土柱越来越广泛地被应用于高层和超高层建筑, 巨型框架结构中的钢管混凝土柱与其斜撑的交接处存在很大的剪力,以及在钢管棍凝土柱和钢筋混凝土梁节点处,当梁的剪力通过焊接在节点底部的反牛腿传递给柱子时,钢管混凝土的抗剪力能力可能起着主导作用,此时需根据钢管混凝土柱的抗剪承载力来确定钢管尺寸。现阶段只能从实用出发,对钢管混凝土柱的抗剪承载力做出偏于保守的估算, 这在一定程度上限制了钢管混凝土在工程实践中的应用。因此,对钢管混凝土的抗剪力学性能进行深入系统的研究, 对钢管混凝土结构的发展, 特别是在超高层建筑中的推广应用也具有积极的促进作用。

2. 钢管混凝土的分类和工作原理

2.1 钢管混凝土分类

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件 建筑上，按截面形式不同，分为方钢管混凝土 圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土等 实际结构中，根据钢管作用的差异，钢管混凝土柱又可分为两种形式：一是组成钢管混凝土的钢管和混凝土在受荷初期即共同受力；二是外加荷载作用在核心混凝土上，钢管只起对其核心混凝土的约束作用，即所谓的钢管约束混凝土柱 本文主要论述实际工程中常用的圆形截面钢管混凝土和正方形截面钢管混凝土结构，及钢管和混凝土在受荷初期就共同承受外荷载的情况。

2.2 工作原理

钢管混凝土是借助圆形钢管对核心混凝土的套箍约束作用,使核心混凝土处于三向受压状态, 延缓其纵向微裂缝的发生和发展,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力; 同时借助内填混凝土的支撑作用, 增强钢管管壁的几何稳定性,改变钢管的失稳模态,从而提高其承载能力。此时钢管和核心混凝土都处于三向应力状态, 混凝土的工作性质也起了质的变化,由脆性材料转化成塑性材料。

根据钢管混凝土的受力特点, 圆形钢管对核心混凝土的套箍约束作用和内填混凝土的支撑作用,从而使钢管混凝土构件具有轴心抗压承载力高、 抗剪和抗扭性能好的特点; 钢管内的核心混凝土处于三向受压状态, 它的工作性质起了质的变化, 由脆性材料转化成塑性材料, 钢管混凝混凝土构件具有良好的塑性和韧性;钢管内有大量混凝土,能吸收很多的热量,混凝土的导热系数低而比热大,钢管混凝土耐火极限比钢材长;钢管混凝土柱与结构钢和型钢混凝土柱相比, 在保持自重相近和承载力相同的条件下,可节约钢材50% ,与普通钢筋混凝土柱相比,构件的截面面积可减少约 1/ 2,混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少50%, 钢管混凝土的经济效果显著;另外,钢管混凝土构件具有施工简单易行,缩短工程周期的优点。

3. 几种新型的钢管混凝土

3.1 带纵向加劲肋钢管混凝土

对于薄壁钢管和长细比大的钢管较易产生局部屈曲 ,国内外研究者先后提出了一些抵消这种影响的构造措施 ,主要包括设置纵向加劲肋、 采用约束拉杆和角部隅撑这三种方法 ,其中设置纵向加劲肋方法制作的板件较少 ,加劲肋和钢管焊在一起 ,整体性好 ,有利于提高钢管和混凝土共同工作的性能 ,同时还有利于提高构件的抗火性能。

3.2 冷弯型钢钢管混凝土

冷弯型钢钢管通常做法是将两个冷弯卷边槽钢的卷边部分相对焊接而成方管。与普通拼焊的钢管不同:1)其残余应力较拼焊管要小;2)它在冷加工的过程中会发生较大的塑性变形 ,出现强度提高和塑性下降的现象 ,正好可以利用其优点。由于目前冷弯型钢标准中列出的型钢截面尺寸普遍偏小 ,因而其使用范围通常为网架、 网壳和桁架等结构中受力较小的杆件 ,在实际的钢管混凝土工程中直接采用这些标准产品的情况还不多见。

3.3　 中空夹层钢管混凝土

中空夹层钢管混凝土 ,是在两个同心放置的钢管之间灌注混凝土而形成的构件 ,是在传统实心截面钢管混凝土的基础上发展起来的一种新型钢管混凝土结构。由于常用的钢管截面形式有圆形、 方形和矩形 ,而组成中空夹层钢管混凝土的内、 外钢管可采用不同的截面形式 ,因而可以组合出多种截面类型的中空夹层钢管混凝土构件。

3.4　 空心钢管混凝土

空心钢管混凝土是采用离心法浇筑管内混凝土并通过蒸汽养生制成的钢管混凝土构件。自 20 世纪 90 年代以来 ,我国已较广泛地在输电变电工程中采用。这种构件在工厂中预制 ,运抵现场组装。由于构件中心部分的混凝土抽空了 ,减轻了自重 ,因此便利了运输和施工。和传统的钢杆塔相比 ,节约钢材 50 %以上。与预应力钢筋混凝土杆塔相比 ,钢材和混凝土的用量基本相同 ,但不存在混凝土开裂问题 ,提高了结构的耐久性和安全度。由此可见 ,空心钢管混凝土在电力工程建设中有很大的发展前景。

此外 ,还有蜂窝状钢管约束混凝土、 复式钢管混凝土、 异形钢管混凝土组合柱等一些新型钢管混凝土结构 ,由于这些结构在实践中应用得少 ,在此不一一论述。

4. 钢管混凝土的应用

根据钢管混凝土结构本身的特点 ,目前的主要应用领域有单层和多层工业厂房柱、 设备构架柱、 各种支架、 地铁站长柱、 送变电杆塔、 桁架压杆、 桩、 空间结构、 高层和超高层建筑以及桥梁结构等。

4.1　 钢管混凝土在高层建筑中的应用

钢管混凝土在高层建筑工程中 ,主要是作为受压管柱的建筑构件使用 ,与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。在高层建筑中 ,钢管混凝土的特征与优势如下:1)钢管混凝土柱的抗压和抗剪承载力高 ,相当于钢管和混凝土二者之和的2 倍以上;2)钢管混凝土柱截面比钢筋混凝土柱可减少 60 %以上 ,轮廓尺寸也比钢柱小 ,扩大了建筑物的使用空间和面积;3)柱子截面减小 ,自重减小 ,有利于结构抗震 ,相当于设防烈度下降一级;4)钢管混凝土柱自重减小 ,减轻了地基承受的荷载 ,相应降低了地基基础造价;5)钢管壁薄便于选材、 制造与现场焊接 ,是施工最为快捷的建筑结构;6)钢管混凝土柱内的混凝土可大量吸收热能 ,其耐火性优于钢柱 ,从而比钢柱可节省耐火涂料 50 %以上;7)钢管混凝土具有的核心混凝土三向受压特性 ,利于刚刚问世的C60～C80 高强度混凝土安全可靠地推广应用钢管混凝土。

4.2　 钢管混凝土在拱桥中的应用

将钢管混凝土用于拱桥 ,符合拱桥建设中要求材料高强和拱圈无支架施工及轻型化的发展方向。钢管混凝土拱桥一般可分为两种:一种是将钢管混凝土直接用作拱桥结构主要受力部分 ,同时也作为结构施工时的劲性架 ,截面设计由前者控制;另一种是先将钢管用于施工时的劲性骨架 ,然后再内灌混凝土并与外包混凝土共同形成断面 ,钢管混凝土参与拱桥成型后的受力 ,截面设计以施工阶段控制。

目前,钢管混凝土用于拱桥结构的工程如雨后春笋般地不断涌现,尤其以我国的应用最为广泛,1991年建成的四川省旺苍县东河大桥是我国采用钢管混凝土的第一座公路拱桥,跨度 115 m ,拱肋由上下两根钢管2lt; 800times; 10组成哑铃形,内填 C30 混凝土,Q235钢材。1998年建成的广西三岸邕江大桥,跨度达270 m,是迄今我国和世界上跨度最大的钢管混凝土中承式拱桥。

4.3　 钢管混凝土在地铁车站工程中的应用

地铁车站是我国最早采用钢管混凝土结构的工程项目。早期的地铁车站是深埋地下的多跨结构 ,用明挖法施工;采用钢管混凝土柱主要是利用其承载力高的特点 ,以减小柱子的截面尺寸 ,有效地利用空间。近年来 ,在城市中心地区修建的地铁车站多为浅埋式的、 具有综合功能的多层地下建筑。采用盖挖逆作法施工 ,以尽量减少城市正常生活的干扰以及对地面交通和邻近建筑的影响。盖挖逆作法 ,是先施工地下结构的顶盖 ,在顶盖的保护下进行开挖 ,按照从顶到底的顺序进行施工。为此 ,必须在土方开挖前设置好顶盖的中间支撑柱 ,钢管混凝土柱将施工阶段的临时柱和结构的永久柱合二为一 ,因此是最好的选择。

4.4　 钢管混凝土在单层工业厂房中的应用

单层工业厂房的柱属于偏心受压构件 ,为了充分发挥钢管混凝土结构的特点 ,很多工程中的柱子设计成格构式组合柱 ,如双肢柱、 三肢柱和四肢柱 ,把偏心弯矩转变为轴心力。

5. 钢管混凝土的技术经济效益

钢管混凝土结构由于自身的特点，使其在技术经济上优于其他结构，以下主要从其结构的优越性 施工方便和材料消耗少等方面进行分析。

5.1 结构的优越性

通过将钢管混凝土结构与钢筋混凝土和钢结构作对比，突出了其在结构强度 使用功能和抗震性能的优势，钢管混凝土结构的优越性主要有以下几个方面： 结构强度高 钢管混凝土强度提高的原因，主要是构件受压时，由于钢管和混凝土的泊桑系数不同，随着荷载的增加，钢管由弹性工作状态进入塑性工作状态，其泊桑系数由 0.283 增大到 0.5 后就保持不变，这时钢管始终对填入的混凝土产生紧箍力，这样钢管和混凝土都处在二向应力状态下工作，因而抗压强度和变形能力都得到极大地提高 使用功能强 由于钢管混凝土的抗压承载力高，用作柱子时，截面尺寸小，因而增加了建筑有效使用面积 。例如深圳赛格广场大厦，柱子采用Q345钢材和C60钢管混凝土代替钢筋混凝土柱时，柱子截面减少一半以上，使用面积增加了3 000 m2.

5.2 施工速度快，缩短了建设周期

钢管混凝土柱的零件较少 焊缝少 构造简单，柱脚常采用在混凝土基础上预留杯口的插入式柱脚，因而工厂制造比较简单，同时构件自重较小，运输和吊装也较容易，施工很简便，而且钢管混凝土柱采用板材卷制，板材厚度都不大，一般在40 mm以内，无论工厂焊接和现场进行对接，都没有什么困难同时，与钢筋混凝土柱相比，钢管混凝土柱的外皮钢管具有钢筋的功能，兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用。近年来，泵送混凝土相当普遍，现场浇灌并无困难，而且我国创造并广泛使用的高位抛落免振捣混凝土的施工方法，更简化了现场浇灌混凝土的工序，简便了施工 也有在管柱下部开临时浇灌孔，用混凝土泵自下而上灌注混凝土的方法，既快又保证浇灌质量。而且，在浇筑后，钢管内处于相当稳定的湿度条件，水分不易蒸发，省去了浇水养护等工序，简化了混凝土的养护工艺。

5.3 材料消耗少，成本低

随着高强混凝土技术的发展， C60 及 C60 以上强度等级混凝土已被普遍使用，但是高强混凝土的强度虽得到提高，却增加了脆性，降低了结构的安全可靠性 在钢管混凝土中，核心混凝土处于三向压应力状态下，极大地改善了性能，防止发生脆性破坏，充分发挥了高强混凝土的强度，降低了材料消耗和工程成本，实现了混凝土材料与钢材的最佳组合。

剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[605627]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word