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鋼管混凝土在建築工程中的應用(下)

2.鋼管混凝土結構的研究現狀

20世紀60年代以前,鋼管混凝土結構的研究對象主要是圓鋼管混凝土結構。自20世紀60年代後半期以來,人們對矩形鋼管混凝土結構進行了系統的研究。目前,圓鋼管混凝土結構的研究已經取得了豐碩的成果,許多國家都制定了相應的設計和施工規範或規程,如歐洲標準EC4(1996)、德國標準DIN18800(1997)、美國標準ACI319-89-89、SSLC (65438)。在我國,對鋼管混凝土結構的研究主要集中在素混凝土填充的圓鋼管混凝土結構,原中國科學院哈爾濱建築工程學院率先開展了該項研究工作。繼1968之後,中國建築科學研究院、冶金部建築科學研究院等單位也對鋼管混凝土基本構件的工作性能、設計方法、節點構造、施工技術等進行了系統研究。進入80年代後,研究工作進壹步深入。通過大量的試驗研究和理論分析,對構件的承載力和變形性能及其影響因素進行了綜合研究,得出了實用的設計計算公式。與此同時,鋼管混凝土結構的施工技術也在迅速發展,出現了許多新的施工技術和方法,充分發揮了鋼管混凝土結構的優勢。近十年來,我國鋼管混凝土結構的科學研究和工程應用取得了顯著成就。目前,國家建材局、中國工程建設標準化委員會、國家經貿委和解放軍總後勤部已相繼頒布和頒發了《鋼管混凝土結構設計規範》。為鋼管混凝土結構在我國的推廣奠定了堅實的基礎,使鋼管混凝土結構廣泛應用於各種大型建築工程和交通運輸工程中。近十年來,鋼管混凝土結構的應用發展迅速。

我國對矩形鋼管混凝土結構的研究起步較晚。鄭州工程學院於1985開始研究方鋼管混凝土軸壓短柱,隨後同濟大學等單位也開始研究方鋼管混凝土構件,並取得了壹定的成果。然而,我國矩形鋼管混凝土結構的設計和施工規範仍在制定中。

3.鋼管混凝土結構的工程應用

早在65438+80年代,鋼管混凝土結構就出現了。如1879年,英國塞文鐵路橋的建設中采用鋼管墩,鋼管內灌註混凝土,防止內部腐蝕,承受壓力。前蘇聯烏拉爾的伊謝特鐵路橋采用鋼管混凝土構件作為拱桁架的上弦和上部結構的支柱,節約鋼材25%。1961年,比利時建造碼頭時,采用鋼管混凝土構件作為桁架的撐桿和立柱,比鋼結構節省鋼材40%。法國巴黎住宅區的第壹棟摩天大樓,采用了鋼管混凝土框架柱,比鋼結構節省了40%的鋼材。前蘇聯部分吊車棧橋(跨度48m)采用鋼管混凝土結構,比全鋼結構節約鋼材12%-28%,比鋼筋混凝土結構降低造價28%,9%,56%。日本、瑞士等國家在輸電塔中采用了鋼管混凝土結構,也取得了顯著的經濟效益。

20世紀60年代以前,鋼管澆築混凝土的施工技術壹直沒有得到很好的解決,現場施工操作復雜,鋼管混凝土在施工性能上的優勢沒有得到充分發揮。到了80年代後期,由於泵送混凝土技術的發展,解決了現場澆築鋼管內混凝土的技術難題,現代高強混凝土需要用鋼管約束來克服其脆性。因此,鋼管混凝土結構在美國和澳大利亞的高層建築中得到了廣泛的應用,被認為是高層建築技術的重大突破。

鋼管混凝土結構技術在中國的發展和應用已有近40年的歷史。1966鋼管混凝土結構應用於北京地鐵車站工程,70年代成功應用於單層工業廠房和重型框架。近10年來,隨著國民經濟的快速發展,鋼管混凝土結構在我國的高層建築、地鐵站和大跨度橋梁中得到了有效的應用,促進了建築技術的發展。在中國,鋼管混凝土結構主要應用於以下領域。

3.1高層建築工程

在高層建築結構中,鋼管混凝土柱具有很大的優勢:具有承載力高、抗震性能好的特點,不僅可以替代鋼筋混凝土柱,還可以解決普通鋼筋混凝土結構底部“胖柱”問題和高強鋼筋混凝土結構中柱的脆性破壞問題;還可以代替鋼結構體系中的鋼柱,減少用鋼量,提高結構的抗側剛度。鋼管混凝土構件重量輕,可以減輕基礎的負擔和造價。所有采用鋼管混凝土柱的工程均可采用“全逆作法”或“半逆作法”施工,以加快施工進度;鋼管混凝土柱的鋼材厚度小,材料易得,價格低廉。其耐腐蝕性和耐火性也優於鋼柱。鋼管混凝土柱不容易倒塌,即使損壞也比較容易修復加固。

3.2大跨度橋梁工程

隨著經濟的快速發展,需要建造壹座安全、經濟、輕便、美觀的可以跨越河流、海灣和山谷的大跨度橋梁。在我國,鋼管混凝土已廣泛應用於拱橋結構和斜拉橋結構中。

在拱橋結構中,鋼管混凝土構件主要用來承受軸向壓力。當拱橋跨度較大時,拱肋將承受很大的軸向壓力,所以采用鋼管混凝土構件是非常合理的。此外,在橋梁安裝和架設階段,鋼管可用作剛性骨架和澆註混凝土的模板。因此,鋼管混凝土被認為是建造大跨度拱橋的理想組合結構材料。自190年四川省旺蒼縣建成第壹座跨度為115米的鋼管混凝土拱橋以來,在接下來的10年間,我國共建成了100多座鋼管混凝土拱橋,其中跨度為100米的就有30多座,特別是在重慶萬縣。經過多年的實踐,我國積累了豐富的鋼管混凝土拱橋施工經驗,形成了壹套較為完整的鋼管混凝土拱橋施工技術。

近年來,鋼管混凝土結構在斜拉橋和梁橋中也得到了應用,也取得了良好的經濟效益。如廣東省南海市紫東大橋、湖北省秭歸縣向家壩大橋、四川省萬縣萬州大橋等都采用了鋼管混凝土網架組合梁結構,降低了結構的自重,提高了結構承載力的利用系數。同時,采用了合適合理的施工工藝,簡化了施工程序,減少了施工設備,加快了施工進度,降低了工程成本。對廣東省南海市紫東大橋主橋進行了技術經濟分析。鋼管混凝土空間桁架組合梁結構主橋與預應力混凝土連續鋼結構方案相比,可節約混凝土44%,節約預應力鋼材62%,增加普通鋼材23%。再加上施工設備、臨時設施和工期,主橋的經濟效益將更加可觀。鋼管混凝土空間桁架組合梁結構適用於多種橋型,如系桿拱橋結構、超大跨度斜拉橋結構、超大跨度懸索橋結構等。推廣應用將帶來顯著的經濟效益和社會效益。

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