钢管混凝土异形柱基本类型国内研究回顾

钢管混凝土异形柱基本类型国内研究回顾①

谢芳

(吉林省地矿勘察设计研究院 吉林长春 130000)

摘 要：钢管混凝土异形柱由于组合结构力学良好，施工性能较优，被广泛应用于各类工程领域当中。针对其综合优点，国内不少学者和科研机构对此进行了系列研究。该文在综合整理相关学者的研究基础上，分别针对普通钢管混凝土异形柱、带缀板的钢管混凝土异形柱、带约束拉杆的钢管混凝土异形柱和方（矩）形钢管型材组合焊接形成的钢管混凝土异形柱等四种形式的国内主要研究进行了系统回顾。关键词：异形柱 钢管混凝土 研究 回顾中图分类号:TU391 文献标识码：A

文章编号：1674-098X(2013)07（c）-0096-02

钢材和混凝土都是建筑过程中的常用材料，普遍运用于各种建筑结构中。而钢材和混凝土的组合结构是在钢结构和混凝土结构基础上发展起来的新型结构形式。其中，钢管混凝土异形柱由于组合结构力学良好，施工性能较优，被广泛应用于各类工程领域当中。由于钢管混凝土异形柱具有钢管混凝土和异形柱的综合优点，国内不少学者和科研机构对此进行了系列研究。该论文在综合整理相关学者的研究基础上，试图针对钢管混凝土异形柱结构体系的国内研究现状进行简要回顾。

研究生们分别对四种钢管混凝土异形柱进行了实验研究（刘祖强，2012）：其中，同济大学、长江大学和哈尔滨工业大学的部分教师针对普通钢管混凝土异形柱进行了深入研究；天津大学的几位博士针对带缀板的钢管混凝土异形柱进行了研究；华南理工大学部分教师针对带约束拉杆的钢管混凝土异形柱进行了系列研究；武汉大学和武汉理工大学主要针对由方（矩）形钢管型材组合焊接形成的钢管混凝土异形柱展开研究。

首先，针对普通钢管混凝土异形柱的研究设计和结果。陈之毅（2003）通过对6根L形短柱进行轴压试验，提出了截面极限承载力计算方法。、吕西林（2005）分别对6根T形柱和L形柱进行低周反复加载试验，发现T形和L形柱的破坏都发生在腹板部位；轴压比增加，试件承载力提高不显著或降低；钢管壁加厚，试件承载力和延性均提高；混凝土强度提高，试件承载力增加显著。杜国锋等（2008）对6根T形短柱进行轴压试验表明，T形短柱试件表现出腰鼓型破坏；随着管壁增厚，试件的极限承载力增大，延性提高；腹板宽度和厚度的增加可以提高试件的极限承载力。林震宇、沈祖炎、罗金辉（2009）对7根L形柱进行抗震性能试验研究，结果表明，L形钢管混凝土柱的滞回曲线饱满；内部加劲能够明显延缓柱钢板的屈服，改善其延性和耗能能力。杨远龙（2011）对T形截面的钢管混凝土柱进行研究，结果表明，加劲肋能够延缓钢管的局部屈曲，提高T形钢管对混凝

土的约束，改善柱的承载力和延性。

其次，针对带缀板的钢管混凝土异形柱的研究设计和结果。荣彬（2005）对2根方钢管混凝土柱和L形截面方钢管混凝土组合异形柱进行轴压试验研究，获得了带缀板钢管混凝土异形柱的轴心受压破坏模式。乔景和李振宁分别于2005年和2011年对T形方钢管混凝土组合异形柱轴心受压承载力和十字形截面方钢管混凝土组合异形柱承载力进行了研究，也获得了带缀板钢管混凝土异形柱的轴心受压破坏模式，并通过理论分析，提出了其正截面承载力计算方法。

第三，针对带约束拉杆的钢管混凝土异形柱的研究设计和结果。陈德明（2000）的论文“带约束拉杆异形截面钢管混凝土柱的基础力学研究”，提出带约束拉杆钢管混凝土异形柱，并分别对带约束拉杆的L形和T形短柱进行轴压试验，初步探讨了该类异形柱的力学性能。孙刚和左志亮分别于2008和2010年分别对L形短柱、T形短柱和十字形短柱进行了轴压试验和偏压试验，结果表明，约束拉杆能够改变钢管的屈曲模态，延迟钢管局部屈曲的发生，提高异形截面钢管混凝土柱的承载力和延性。

第四，针对方（矩）形钢管混凝土异形柱的研究设计和结果。徐礼华、刘胜兵和温芳等（2009）对T形柱进行抗弯试验，提出了该类型构件的抗弯极限承载力计算公式。徐礼华、杜国锋和温芳等（2009）对T

（下转98页)

1 钢管混凝土异形柱介绍

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，它充分利用了钢管和混凝土

两种力学性能相差很大的材料在受力过程.com.cn. All Rights Reserved.中的相互作用，弥补两种材料各自的缺点，发挥二者的优点，成为结构工程学科的一个重要的发展方向。钢管混凝土结构具有承载力高、韧性和塑性强、抗火性能优越、工期短、施工简单、经济效益显著等优点。

异形柱是指截面为十字形、L形、T形或Z形形状的结构柱。异形柱结构是以异形柱代替传统的矩形柱作为竖向支承构件而形成的结构体系。

所谓钢管混凝土异形柱，是在异形截面钢管柱中浇注混凝土形成的异形柱结构。具体而言，它是将混凝土灌入由钢板焊接而成的异形钢管。钢管混凝土柱竖向承载力高，主要承担竖向荷载；混凝土核心筒抗侧刚度大，有效地抵抗地震作用。其中，十字形、L形、T形最为常见（如图1所示）。钢管与核心混凝土共同承受荷载，同时钢管为核心混凝土提供约束作用。常见的钢管混凝土异形柱包括普通钢管混凝土异形柱、带缀板的钢管混凝土异形柱、带约束拉杆的钢管混凝土异形柱和由矩形钢管型材组合焊接形成的钢管混凝土异形柱等四种形式。

2 不同类型钢管混凝土异形柱研究概况回顾

国内一些重点高校的相关专业教师和

图1 常见钢管混凝土异形柱截面形式

①作者简介：谢芳（1979—），工程师，现就职于吉林省地矿勘察设计研究院，土木工程专业。

96科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald

科技创新导报2013 NO.21Science and Technology Innovation Herald工程技术

3 施工事后质量控制

监理驻地办对已完成的分项、分部工程，坚持质量一票否决制。

对的分项、分部工程或构造物完成后，先由施工企业自检，自检合格后由监理工程师复检，不合格的工程项目坚决要求施工企业返工处理。设专人负责，认真做好内业资料的整理归档工作。

[4]

详细的记录，借助于拍照等手段对隐蔽部位、重要部位的施工过程予以音像保存。及时果断的处理施工过程中的各种突发性问题。凡是施工企业现场质检人员和旁站监理工程师未在旁站监理记录上签字的，不得进行下一道工序施工。

施工过程的质量控制还要通过巡视措施，监理工程师对工程施工中的每一道工序都要巡视、旁站、抽样及检查，及时发现问题，及时责令施工企业采取有效措施整改，必要时采用罚白牌、黄牌、红牌手段。每一次巡视检查的情况都要记录在监理日志上，并与每月的优质、优酬评比打分相挂钩，便于日后对工程质量做出有理有据的综合评价[3]。

2.3.3 监理试验检测质量控制监理试验检测人员采用日常检验和重点抽查相结合，定期、不定期的自检、互检、抽检、全面检查相结合的方式，从施工准备、施工过程、竣工交接各个环节，用科学、准确、严谨的试验数据来控制和指导施工，保证工程质量得到有效控制和监督。（1）驻地办对施工企业的试验室和试验仪器进行检查和确认；（2）对进场材料按规定的批量和频率进行抽样试验，如：各种配合比试验、集料级配、标准击实试验、结构的强度试验等；（3）施工过程中按规定的频率进行施工抽样检查试验；（4）在工程施工工艺进行检测，如：施工中的压实度、混凝土塌

验及测量工程师严格按照规定频率对原材料、半成品和成品工程进行检测。

2.3.4 施工技术难点的质量控制（1）新旧路的结合，新旧路基差异沉降控制

高速公路新老路基拼接，将在新老路基间产生差异沉降，如何将沉降控制在允许范围内，是高速公路拼接的关键问题。经过有关部分研究、论证，要求：原有路基与拓宽路基的路拱横坡度工后增大值不应大于0.5%，另处路基施工完成后连续两个月的30 d累计沉降差不大于5 mm时，方可进行路面施工。

（2）新旧路拼接施工监理

本工程路基施工中，利用旧路改扩建段的路基采取错层式开挖旧路路面结构，并超挖旧路路床0～80 cm深度的路床填料（此部分路床与新建加宽部分路床有条件时优先选择一同铺筑），再由下至上开挖台阶，开挖一级及时填筑一级，并在上路床底面铺设一层土工格栅。另外，填高≥4 m的路堤在下路床底面加铺一层土工格栅。土工格栅宽度8 m，采用双向型钢塑土工格栅，要求极限抗拉强度≥60 kN/m，断裂延伸率≤3%，粘、焊点极限剥离力≥100 kN。拼宽路基应分层填筑，碾压密实。在保证正常压实度规定前提下，对路基基底及上、下路堤顶面再使用25 kJ冲击压路机碾压20遍。路堤每填高1.5 m，再使用25 kJ冲击压路机进行碾压20遍。经施工验证，使用25 kJ冲击压路机碾压对路基减少沉降量效果很好。土异形柱。

4 结语

在“京哈高速公路四平至长春段改扩建工程建设项目”J04段施工质量控制中，监理办重点突出了工程项目开工前的控制，起到了很好的预控作用，消除了隐患，减轻了施工过程控制及施工事后控制的工作压力。严格施工过程控制，不放松施工事后控制。诸多措施并用，运行起来，达到了很好的质量控制效果。

参考文献

[1] 程建军.浅谈如何做好高速公路质量监

理工作[J].科学之友,2007(8):72-73.[2] 邓陈记.高速公路施工中工程质量监理

探讨[J].中国水运,2008(4):83-84.[3] 赵陈燕.浅谈监理工程师如何进

行工程施工质量控制[J].科技资讯,2011(18):157-157.

[4] 郭连桥.公路工程检测在公路工程

质量控制中的应用[J].科技创新导报,2010(8):112-112.

操作工程中，驻地办对工程各项技术指标

.com.cn. All Rights Reserved.落度、水灰比、混凝土强度、保护层净距等，用检测结果指导施工；（5）驻地办要求试(上接96页）

形柱进行轴压试验，获得了试件的破坏形态，提出了其轴心受压承载力和稳定承载力计算公式。徐礼华、徐浩然和杜国锋等（2009）对T形柱进行抗剪试验得出，试件的破坏形态随剪跨比的大小分为剪切型、弯曲型和弯剪型三种；抗剪承载力随套箍指标和轴压比的增大而提高，随剪跨比的增大而减小。杜国锋、徐礼华和徐浩然等（2010）对T形柱进行偏压试验表明，试件均为弯曲失稳破坏，长细比越大弯曲破坏特征越显著；极限承载力随偏心距的增大而降低。傅东和饶伟分别于2010年对L形柱和T形柱进行低周反复加载试验，结果表明，钢管混凝土异形柱的承载力、延性、耗能能力等抗震性能指标均优于钢筋混凝

参考文献

[1] 左志亮.带约束拉杆异形截面钢管混凝

土短柱的受压力学性能研究[D].广州：华南理工大学，2010.

[2] 杨远龙.T形组合柱力学性能研究[D].哈

尔滨：哈尔滨工业大学，2011.

[3] 刘祖强.型钢混凝土异形柱框架抗震性

能及设计方法研究[D].西安：西安建筑科技大学，2012.

[4] 苏忍,刘光烨,杨远龙.异形钢管混凝土

柱研究综述[J].居业，2012（9）：95-100.

3 结语

钢管混凝土异形柱较之传统钢筋混凝土柱具有极限承载力高、延性好、抗震性能好、施工简便等优点，较好地满足了建筑使用功能，是现代工程应用重要的结构体系，其应用前景十分广泛。

从现有研究来看，学者们先后对钢管混凝土异形柱的轴压性能、偏压性能、延性性能等方面进行了多次试验研究，取得了一定的研究成果。但目前的研究才刚刚起步，研究手段、试验方法很多还不是很成熟，没有形成系统的异形柱设计规范。钢管混凝土异形柱在动力荷载作用下的动力性能研究较少，可以作为以后研究的重要方向。

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