摘要：介绍了焊接钢管混凝土的定义、特点及工程应用，阐述了钢管混凝土在国内外的研究情况和研究发展方向，说明钢管混凝土在工程建设领域有着广泛的发展前景。

    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、高塑性和韧性好

    钢管混凝土构件在受力过程中，钢管可有效地约束核心混凝土，从而延缓其受压时的纵向开裂；核心混凝土的存在可有效地延缓或避免薄壁钢管过早地发生局部屈曲。两种材料相互弥补了彼此的弱点，可充分发挥各自的长处。研究表明，整个钢管混凝土构件的承载力约为钢管和核心混凝土单独承载力之和的1.7 倍~2.0 倍。

    混凝土的脆性相对较大。试验表明，钢管混凝土柱被破坏时可以压缩到原长的2/3，完全没有脆性破坏的特征，混凝土的塑性性能得到改善，耗能能力得到提高，抗震性能良好。据有关资料分析，高层建筑中采用钢管混凝土柱结构体系比采用钢筋混凝土结构自重可以减少1/3~1/2，地震作用可减小一半。

1.2制作和施工方便，工期大大缩短

    与钢结构构件相比，钢管混凝土的构造简单，焊缝少，易制作。采用钢管混凝土时没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序；钢管可作为劲性骨架承担施工荷载和结构重量，施工不受混凝土养护时间的影响，可以大大缩短工期。

1.3有利于钢管的抗火和防火

    主要体现在两个方面：一是优越的抗火性能，火灾作用时核心混凝土可吸收外围钢管传来的热量，构件截面温度场的分布很不均匀，可延长构件的耐火时间，钢管可以保护混凝土不发生崩裂现象，钢管屈服后，混凝土还可承受大部分的轴向荷载，防止结构倒塌；二是良好的可修复性，火灾作用后，随着外界温度的降低，构件已屈服截面处钢管的强度可得到不同程度的恢复，结构的整体性比火灾中有所提高，为结构加固补强提供了一个较安全的工作环境，可减少补强工作量，降低维修费用。

1.4 经济效果好

    大量工程实践表明，承压构件采用钢管混凝土比普通钢筋混凝土可节约混凝土50%，构件的横截面积可减少一半，建筑可用空间得到加大，减轻结构自重50%，钢材用量略高或约相等；和钢结构相比，可节约钢材50%。

2 钢管混凝土结构的工程应用

    最早将钢管混凝土应用于工程中的是在1879 年英国的Severn 铁路桥桥墩。20 世纪初，美国在一些单层房屋建筑中采用了称为“Lally Column”的圆钢管混凝土柱。60 年代前后，在西欧、北美和日本等工业发达的国家，圆钢管混凝土结构的应用更加受到重视，曾在厂房建筑、多层和高层建筑、立交桥以及特种工程结构中加以应用，并收到了良好的效果。在我国，自20世纪60 年代初钢管混凝土开始在我国得到应用以来，深受广大建筑工程界的欢迎，很快得到推广应用；80 年代中期，开始在公路拱桥和高层建筑中得到应用后，发展尤为迅速。

3 钢管混凝土结构的研究现状及发展方向

3.1 钢管混凝土结构的研究现状

3.1.1 基本理论的研究

    钢管和混凝土在受力过程中的相互作用是形成钢管混凝土具有一系列优越力学性能的关键。在这方面国内外学者开展了相应的研究并取得了相应的成果，如钟善桐教授提出了“钢管混凝土统一理论”等。目前，我国已颁布施行了多本设计规程，涉及圆形、矩形钢管混凝土结构等，对推广钢管混凝土结构起到很大作用。如果采用统一理论的设计方法把各种形式的钢管混凝土结构统一成一本设计规范，将会对相关研究和工程实践有很大的帮助。

3.1.2 抗震性能的研究

    文献［5］对采用钢管混凝土柱及钢筋混凝土柱的5 层框架结构进行了抗震性能的对比试验研究，分析比较了二者的动力性能，得出了钢管混凝土框架结构的抗震性能明显优于钢筋混凝土框架结构的结论。但目前对抗震性能的研究主要集中在基本构件方面，对整体结构的抗震性能研究不多，应开展这方面的研究，以提供合理的抗震设计参数，便于工程应用。

3.1.3 抗火研究

    钢管混凝土结构的抗火性能研究趋势：考虑结构整体空间作用，建立整体结构在火灾下的承载力极限状态的抗火设计；考虑实际火灾燃烧模式，把结构在火灾下和火灾后降温过程作为连续过程加以研究，对不同的火灾模式、不同的荷载路径和不同的温度史及温度- 应力史加以研究，综合考虑结构对荷载和温度共同作用下的反应，对结构的内力和变形性能进行全过程分析，建立更为合理经济的抗火设计方法。

3.2 钢管混凝土结构研究的发展方向

3.2.1 高强度材料的研究应用

    随着混凝土强度的提高，其延性下降，这阻碍了其应用。将高强混凝土灌人钢管中，由于受到钢管的约束作用，混凝土处于三向受压状态，其延性将大为提高，承载力也得到了相应的提高。因此，高强钢管混凝土具有很大的发展潜力。以往研究者对高强钢管混凝土静力性能进行了大量的研究，但其核心混凝土强度多低于C80，C80 以上的高强钢管混凝土研究尚不多见。因此必须加大高强钢管混凝的研究力度，尽快制定出相应的设计施工规范。

3.2.2 动力性能的研究

    近年来，国内外学者对钢管混凝土常温下的单向压弯构件动力力学性能研究较多，对常温下双向压弯构件的动力性能研究较少；对火灾后及加固补强后钢管混凝土动力性能研究较少；对钢管混凝土拟静力的试验较多，对拟动力试验较少；地震模拟振动台试验则未见报道；对钢管混凝土的动力性能研究也仅限于圆形、方形和矩形截面，而未有其他截面形式。因此，对钢管混凝土动力性能研究需要进一步完善的问题有：①实际工程中的柱基本都是处于双向压弯受力状态，有必要进一步研究钢管混凝土在该种受力状态下的动力性能；②对钢管混凝土结构火灾后的动力性能进行研究；③对其他加固补强方法后的钢管混凝土的动力性能进行研究；④对其他截面形式的钢管混凝土动力性能进行研究。

3.2.3 可靠性理论的研究

    国内外针对钢管混凝土可靠性理论方面的研究相对较少，应从可靠性方面加大研究力度，简化设计难度，为工程应用提供一种能方便设计、方便使用的结构技术手段。

3.2.4 预应力钢管混凝土结构的研究

    目前，钢管混凝土结构由于其最主要的特点是高抗压承载力和良好的塑性、韧性，只能用作柱子，不宜用作受弯构件，故用途有限。即使用作柱子，当其长细比超过一定值时，会发生弹性失稳，钢管混凝土的优点不复存在。如何扩大其应用范围是一个值得研究的重要课题，有必要研究预应力钢管混凝土结构的受力变形特性和破坏机理，建立计算理论和设计分析方法，开拓该类结构的应用领域。

4 结语

    钢管混凝土能够适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣条件的要求，符合现代施工技术的工业化要求，因而正被越来越广泛地应用于工业厂房、高层和超高层建筑、拱桥和地下结构中，并已取得良好的经济效益和建筑效果，是结构工程科学中的一个重要发展方向。相信随着对钢管混凝土结构进一步的研究和探索，其优点会充分体现出来，成为一种更加完善的结构形式。

文章来源：www.meidegangguan.com

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