钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube,简写为CFST)是在钢管中充填混凝土并承担受压和受弯荷载的构件,同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质并充分发挥了各自材料的优点,其基本原理有三:1) 混凝土受外围钢管约束作用而处于三向受压状态,减少甚至避免了混凝土浇筑过程中初始缺陷的影响,具有更高的抗压强度和变形能力;2) 钢管受内填核心混凝土的支撑作用,增强了钢管壁几何稳定性,减少了残余应力的影响程度;3) 钢管对混凝土横向约束作用使得极限状态时钢管纵向应力水平降低。 钢管混凝土在(超)高层建筑、城市桥梁、大跨度桥梁与建筑等工程结构中应用广泛,其特征与优势如下: 1) 抗弯刚度大。钢管混凝土柱的截面特征为钢管位于外侧,充分发挥抗弯刚度大的优点,而型钢混凝土柱中型钢在截面中心位置,型钢对抗弯刚度的贡献较小。 2) 承载力高。钢管混凝土由于钢管和核心混凝土的约束作用,其抗压承载力大于钢管和混凝土单独承载力之和,钢管位于外侧对抗弯承载力贡献更大。 3) 抗震性能好。钢管混凝土具有刚度大、承载力高和变形能力强的优点,即使高轴压比条件下受压区仍发展塑性变形成“压铰”,避免了钢筋混凝土和型钢混凝土柱受压区压碎剥落与型钢柱受压翼缘屈曲失稳的问题,其抗震能力强于钢筋混凝土、型钢混凝土和型钢柱。 由于钢管对混凝土的约束作用为间接被动约束,即使圆钢管混凝土柱约束效果好,但超大截面尺寸圆钢管混凝土柱,以及其他截面钢管混凝土柱都存在钢管对混凝土间接约束作用不足,因此需要采取高效率的拉筋直接约束措施以增强对混凝土的约束作用。 钢筋混凝土柱中通过纵筋的螺纹与混凝土产生有效黏结作用,箍筋抵抗混凝土施工环节的收缩应力,而钢管内表面光滑难以与混凝土产生有效黏结作用,此外内部混凝土在施工环节易收缩可能导致脱黏,因此与钢管内表面焊接的拉筋可起抵抗收缩应力、抗剪、直接约束混凝土以及加强钢管对混凝土的约束作用,有效促进钢管与混凝土协调工作。 与钢筋混凝土柱相比,钢管混凝土柱的钢管纵筋率大幅度提升,因此相当于箍筋的钢管混凝土柱内部拉筋配箍率也应较大幅度提升,此时才能有效促进钢管与混凝土协调工作。
1—钢管;2—混凝土;3—圆环拉筋、螺旋拉筋或矩形封闭对拉筋。 图1圆形钢管混凝土截面示意
1—钢管;2—混凝土;3—矩形封闭对拉筋。 图2矩形钢管混凝土截面示意 以上内容节选自 《钢管混凝土轴压约束原理》(丁发兴 著)
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