混凝土为什么能提高钢管壁稳定性

A. 钢管混凝土概述

简单的说，就是在钢管中注入混凝土做工程结构构件。
房屋建筑中常用的为钢管混凝土柱专、筒体结构，属路桥中钢管混凝土拱、柱、桩等。
其之所以能在工程中广泛应用主要是因为良好的受力性能和施工方便吧。
受力性能主要是钢管为混凝土提供横向约束在三向应力的作用下使其承载能力得以很大的提高，混凝土填充后使钢管不易屈曲，物尽其用。加之其良好的抗震性能，在日本被广泛应用于抗震结构，并积累了大量的工程经验。其施工中无需支模，机械化程度高，很少受施工环境影响，可水下作业，很有发展前景。

B. 钢管混凝土柱的特点有

1. 承载力大大提高：试验和理论分析证明，钢管混凝土受压构件的强度承载力可以达到钢管和混凝土单独承载力之和的1.7~2.0倍。
2. 具有良好的塑性和抗震性能：在钢管混凝土构件轴压试验中，试件压缩到原长的2/3，构件表面已褶曲，但仍有一定的承载力，可见塑性非常好。钢管混凝土构件在压弯剪循环荷载作用下，水平力P与位移；之间的滞回曲线十分饱满，表明有很好的吸能能力，基本无刚度退化，它的抗震性能大大优于钢筋混凝土。
3. 经济效果显著：和钢柱相比，可节约钢材50%，降低造价45%；和钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土约70%，减少自重约70%，节省模板100%，而用钢量约略相等或略多。

C. 建筑结构设计：钢管混凝土结构有哪些优点

⑴承载力高，自重轻，塑性好，耐疲劳，耐冲击。
⑵可以使用高强混凝土。三向压力避免了核心高强混凝土的脆性破坏。在各方向上的惯性矩、承载能力均相同，因而很适合用于承受地震、风载等作用方向不确定的结构。
⑸钢管内核心部分混凝土不用配钢筋，便于浇灌混凝土。
⑹钢管在施工阶段可起支撑作用，从而可以简化施工安装工艺，节省部分支架，有利于减少工序、缩短工期。
⑺替代钢结构的受压杆件可大量节省钢材。

D. 组合结构中钢材和混凝土材料的共同工作机理是由什么实现的

在分析钢-混凝土组合结构是结合刚和混凝土两类截然不同材料的力学特点而形成的一种新型结构，结构性能更加完善。钢-混凝土不仅拥有更小的自重，而且稳定性和耐久性也得到了保证。这样就使得钢-混凝土组合结构可以抵抗地震的影响，空间利用效率更高，造价得以控制，施工周期更短。钢-混凝土在我国最初运用于桥梁建设，由于经济性极高，组合结构迅速得到了推广，并诞生了许多新型的组合结构，直到目前组合结构的创新仍未停止。总而言之，钢-混凝土组合结构经历了4个重要阶段：创始阶段、发展阶段、70年代和80年代后期。其中70年代组合结构的应用已经得到广泛的认可，并且欧洲钢结构协会制定了相应规范，明确了未来发展方向。80年代后期则对疲劳性能、非线性性能等具体的参数进行分析。钢-混凝土组合结构主要有以下几种类型。
2.1 压型刚板
压型刚被是施工中常用的施工平台，对于提高施工效率有重要意义。压型钢板能够突出混凝土较高的抗压能力和抗拉能力，材料受力均匀合理。
2.2 组合梁
组合梁是在钢梁上方放置钢筋混凝土板，并将二者用剪切连接件固定为一体，混凝土板和钢梁一同作用而组成组合梁。钢-混凝土组合梁的特点是混凝土布置与主要受压区，钢梁则布置在主要受拉区，这样以来很好地发挥了混凝土的抗压能力和钢材的抗拉性能，使组合梁表现出优秀的强度特点。除此之外，混凝土是梁翼缘的重要组成，所以钢梁结构在混凝土的保护下失稳现象明显减少，稳定性大幅提升。钢-混凝土组合梁相比非组合梁性能得到很大的提升，相同情况下截面大小和高度也更加适用于工程，有利于节省开支，经济性更强。
2.3 钢骨混凝土构件（SRC）
钢骨混凝土构件是首先将混凝土和型钢按照一定比例配置在一起，然后加入钢筋和骨筋制成的组合结构。按上述方法得到的型钢又通常分成实腹式和格构式两种基本形式。实腹式的特点是刚度、强度和延性都有较高的水平，明显好于格构式，而且梁节点之间连接简单明了，便于施工，但是格构式对钢材的需求小，在某些较小的结构中表现出更强的适应性。钢骨混凝土构件有良好的抗震性能，能够有效吸收地震作用传递的能量。日本某地曾对一次大型地震对建筑物的破坏情况进行了统计，当地灾后受损建筑物达1215幢，而利用钢骨混凝土构件组合结构的建筑物仅有27幢有受损情况，而且其中实腹式SRC无一例倒塌。这一数据足以表明钢骨混凝土构件组合结构是重要的抗震结构。
2.4 钢管混凝土结构
钢管混凝土是把混凝土装入壁厚较小的圆形钢管内形成的组合结构。钢管混凝土的特点是内部混凝土大大增加外壁钢管的稳定性，相反，在钢管的约束作用下，混凝土始终处于受压状态，因此表现出很高的抗压、抗变形水平。钢管混凝土也经常用于抗震设计，能够有效控制结构尺寸，使用面积能够充分利用。钢管混凝土相比以往钢筋柱能够降低50%自重，抗震延性十分优异。钢管还具备很好的抗火能力和耐久性。
2.5 组合蜂窝梁
组合蜂窝梁由于结构镂空，自重很小，而且各部件之间受力均匀，力学性能良好。相比原型钢梁截面高度更高，可以承受更大的抗弯刚度，从而节省原材料。在组合蜂窝梁腹板处可以添加劲肋，使稳定性大大提升。组合蜂窝梁的生产过程自动化程度高，可以实现高效的拼装，而且施工方便，对于缩短施工周期有重要作用。除此之外，组合蜂窝梁结构十分美观，镂空的结构使布线更加方便，在城市立交桥等施工环境下表现出良好的施工特性和使用特性。随着有限元技术的发展，宽高比、径高比等系数可以通过精确的计算进行控制，组合蜂窝梁开孔腹板将表现出更优秀的抗剪能力。
3 钢-混凝土组合结构的不足与展望
钢-混凝土组合结构早在上世纪60年代就在西方发达国家得到了广泛的应用，许多大型桥梁都离不开钢-混凝土组合结构，我国钢-混凝土组合结构的应用也不算太晚，1957年武汉长江大桥的修建就已经使用了钢-混凝土组合结构，随着国家经济的发展，新的组合结构得到越来越多工程建设的青睐。由于日本地理条件的特殊性，钢-混凝土组合结构很早就运用于建筑建设，基本上低于45米的建筑90%均采用了型钢混凝土结构。由于我国钢材产量的限制，只有在超高层建筑中使用实腹钢型钢混凝土。
钢-混凝土组合结构的运用和目前国家可持续发展战略思想是一致的，不仅可以实现更高的经济效益，更可以实现很高的社会效益。中空钢管等新型结构也逐渐投入使用，钢-混凝土组合结构很好地满足了工程结构向轻量、大跨度方向转变的要求。但是在多年的工程实践中，也暴露出这种新型结构的不足。例如压型钢板组合板如果不能确保焊接质量，将会影响连接的稳定性，对施工造成隐患；组合梁耐火性能很差；钢管混凝土节点连接方式的设计很难实现等。但是随着相关研究人员工作的推进，上述问题正逐渐得到解决。
3.1 型钢混凝土的展望
优化型钢混凝土的性能就必须提高其纵向抗剪能力，并解决连接问题。目前研究有了新的进展，钢箱-混凝土组合梁等新的组合结构在未来可能替代型钢混凝土的地位。加强型钢混凝土的应用效果，需要结合相关理论，采用力学分析方法进行深入探讨。其中疲劳破坏机理是一项重要的研究方向。
3.2 组合结构计算理论的发展
为了优化组合结构，传统的叠加法、基于钢结构或者混凝土结构的计算法逐渐得到改进，更多研究人员把钢骨和混凝土看作一个整体，忽略之间的滑动现象。随着计算机科学技术的进步，数值迭代法等基于计算机的算法逐渐凸显出优势。
4 小结
各种钢-混凝土组合结构在国内实际工程运用过程中都已展现出明显的优越性，加大此结构的研究是和我国发展情况相适应的，也是建筑结构发展的迫切需求，国内外学者对于新型组合结构的研究与开发都有充足的热情。随着钢-混凝土组合结构得到进一步的发展，相应施工技术会越来越成熟，设计理论和设计规范也将更加完善，相信在不久的将来，许多更加优越的新型组合结构会投入工程运用。
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E. 钢管混凝土

钢管混凝土就是把混凝土灌入钢管中并捣实以加大钢管的强度和刚度.

一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。

钢管混凝土结构是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。由于钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点，同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。近年来，随着理论研究的深入和新施工工艺的产生，工程应用日益广泛。钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等，其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。

1．钢管混凝土结构的特点

众所周知，混凝土的抗压强度高。但抗弯能力很弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土作为一种新兴的组合结构，主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，被广泛使用于框架结构中(如厂房和高层)。钢管混凝土结构的迅速发展是由于它具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为以下几个方面：

1.1 承载力高、延性好，抗震性能优越

钢管混凝土柱中，钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态，提高了混凝土的抗压强度；钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土柱的承载力高于相应的钢管柱承载力和混凝土柱承载力之和。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏，构件的延性性能明显改善，耗能能力大大提高，具有优越的抗震性能。

塑性是指在静载作用下的塑性变形能力。钢管混凝土短柱轴心受压试脸表明，试件压缩到原长的2/3,纵向应变达30%以上时，试件仍有承载力。剥去钢管后，内部混凝土虽已有很大的鼓凸褶皱，但仍保持完整，并未松散，且仍有约5%的承载力，用锤敲击后才粉碎脱落。抗震性能是指在动荷载或地震作用下，具有良好的延性和吸能性。在这方面，钢管混凝土构件要比钢筋混凝土构件强得多。在压弯反复荷载作用下，弯矩曲率滞回曲线表明，结构的吸能性能特别好，无刚度退化，且无下降段，和不丧失局部稳定性的钢柱相同，但在一些建筑中，钢柱常常要采用很厚的钢板以确保局部稳定性。但还常发生塑性弯曲后丧失局部稳定。因此，钢管混凝土柱的抗震性能也优于钢柱。

1.2 施工方便，工期大大缩短

钢管混凝土结构施工时，钢管可以做为劲性骨架承担施工阶段的施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响；由于钢管混凝土内部没有钢筋，便于混凝土的浇注和捣实；钢管混凝土结构施工时，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。

1.3 有利于钢管的抗火和防火

由于钢管内填有混凝土，能吸收大量的热能，因此遭受火灾时管柱截面温度场的分布很不均匀，增加了柱子的耐火时间，减慢钢柱的升温速度，并且一旦钢柱屈服，混凝土可以承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌。组合梁的耐火能力也会提高，因为钢梁的温度会从顶部翼缘把热量传递给混凝土而降低。经实验统计数据表明:达到一级耐火3小时要求和钢柱相比可节约防火涂料1/3一2/3甚至更多，随着钢管直径增大，节约涂料也越多。

1.4 耐腐蚀性能优于钢结构

钢管中浇注混凝土使钢管的外露面积减少，受外界气体腐蚀面积比钢结构少得多，抗腐和防腐所需费用也比钢结构节省。钢管混凝土构件的截面形式对钢管混凝土结构的受力性能、施工难易程度、施工工期和工程造价都有很大的影响。圆钢管混凝土受压构件借助于圆钢管对其内部混凝土有效的约束作用，使钢管内部的混凝土处于三向受压状态，使混凝土具有更高的抗压强度。但是圆钢管混凝土结构的施工难度大，施工成本较高。相比之下，方钢管混凝土结构的施工较为方便，但钢管混凝土受到的约束作用较小，结构的承载力较低。

1.5 施工方面

钢管混凝土柱的零件较少，焊缝少，构造简单，柱脚常采用在棍凝土基础上预留杯口的插人式柱脚，因而工厂制造比较简单，同时构件自重较小，运输和吊装也较易，施工很简便，而且钢管馄凝土柱采用板材卷制，板材厚度都不大，一般在40m以内，无论工厂焊接和现场进行对接，都没有什么困难。同时，与钥筋混凝土柱相比，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，所以管内没钢筋，省了钢筋下料和绑扎钢筋等一系列工艺，又由于柱外皮钢管本身就是耐侧压的模板，同时也省了支模和拆模等工序。近年来，泵送砖相当普遍，现场浇灌并无困难，我国创造并广泛使用的高位抛落不振捣混凝土的施工方法，更简化了现场灌混凝土的工序，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，省去浇水养护工序，简化了混凝土的养护工艺。

F. 无缝钢管可以内衬混凝土吗

可以，这就是所谓的钢管混凝土结构。

钢管混凝土就是把混凝土灌入钢回管中并捣实以加大钢答管的强度和刚度。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。

较普通无缝钢管的优势是：

1. 承载力高、延性好，抗震性能优越

2. 施工方便，工期大大缩短

3. 有利于钢管的抗火和防火

4. 耐腐蚀性能优于钢结构

G. 钢管混凝土的优缺点是什么

优点：(1)跨越能力大、适应能力强
(2)承载能力大，施工快捷
缺点：理论研究水平偏低，结构研究没有深入

H. 为什么钢管混凝土有良好的力学性能

混凝土的抗压复强度高。但抗弯能力很制弱，而钢材，特别是型钢的抗弯能力强，具有良好的弹塑性，但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。而钢管混凝土在结构上能够将二者的优点结合在一起，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高.同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。

I. 钢筋混凝土内支撑与钢管内支撑各自的优缺点有哪些

一钢筋混凝土内支撑：

优点：

①发挥材料的优点。

②加快土方挖运速度。

③降低工程造价。

④不受周边场地不足的限制

缺点：

①自重大。

②不易于材料的回收，对环境有害。

③造价比钢内支撑稍贵。

钢管内支撑：

优点：

①自重轻，利于施工。

②造价低，可回收利用，保护环境。

缺点：

①刚度小，易失稳，需要竖向水平支撑。

(9)混凝土为什么能提高钢管壁稳定性扩展阅读：

支撑结构计算分析应符合下列原则：

1）内支撑结构应按与支护桩、墙节点处变形协调的原则进行内力与变形分析；

2）在竖向荷载及水平荷载作用下支撑结构的承载力和位移计算应符合国家现行结构设计规范的有关规定，支撑体系可根据不同条件按平面框架、连续梁或简支梁分析；

3）当基坑内坑底标高差异大，或因基坑周边土层分布不均匀，土性指标差异大，导致作用在内支撑周边侧向土压力值变化较大时，应按桩、墙与内支撑系统节点的位移协调原则进行计算；

4）有可靠经验时，可采用空间结构分析方法，对支撑、围檩（压顶梁）和支护结构进行整体计算；

5）内支撑系统的各水平及竖向受力构件，应按结构构件的受力条件。

及施工中可能出现的不利影响因素，设置必要的连接构件，保证结构构件在平面内及平面外的稳定性。