這篇建筑材料論文發(fā)表了鋼套管混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)澆工程的應(yīng)用，論文介紹了鋼筋混凝土和普通混凝土的柱的應(yīng)用情況，通過(guò)分析了幾種新型鋼套管混凝土結(jié)構(gòu)，擴(kuò)展了結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用前景，介紹了在加固工程中的應(yīng)用。

　　【摘要】鋼套管混凝土結(jié)構(gòu)是一種主要利用鋼套管的橫向約束作用來(lái)提高抗壓承載能力的結(jié)構(gòu)形式。鋼套管混凝土柱的承載性能較好，但是由于施工上的困難以及應(yīng)用開發(fā)上的不足，導(dǎo)致其在實(shí)際工程中的應(yīng)用非常有限。本文對(duì)鋼套管混凝土柱在實(shí)際工程中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，分析了不同形式的鋼套管混凝土柱在不同工程領(lǐng)域中的應(yīng)用，包括在現(xiàn)澆工程和加固工程中的應(yīng)用，擴(kuò)展了鋼套管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用前景，為實(shí)際應(yīng)用提供了參考。

　　【關(guān)鍵詞】建筑材料論文,鋼套管混凝土,工程應(yīng)用,現(xiàn)澆工程,加固工程

　　鋼套管混凝土柱即外部包裹鋼套管的混凝土柱。鋼套管混凝土柱與普通鋼管混凝土柱的形式類似，但是兩者的受力機(jī)理有區(qū)別。普通鋼管混凝土柱在受壓后，其鋼管同時(shí)承受豎向壓力和混凝土膨脹產(chǎn)生的橫向拉力，如果采取一定的措施，減小鋼管承受的豎向壓力，就可以更大限度地發(fā)揮其橫向抗拉能力，從而對(duì)內(nèi)部混凝土施加更大的橫向約束力，提高柱的承載能力，這種效應(yīng)即稱為“套管效應(yīng)”。此時(shí)的鋼管混凝土柱即轉(zhuǎn)變?yōu)殇撎坠芑炷�土柱。雖然鋼套管混凝土柱具有獨(dú)特的受力機(jī)理和較好的受力性能，但是并沒(méi)有引起足夠的重視，相關(guān)研究較少。同時(shí)，由于施工上的困難以及應(yīng)用開發(fā)上的不足，也導(dǎo)致其在實(shí)際工程中的應(yīng)用非常少。本文對(duì)鋼套管混凝土柱在實(shí)際工程中的應(yīng)用進(jìn)行探討，在總結(jié)分析傳統(tǒng)鋼套管混凝土柱主要的應(yīng)用情況和存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，研究分析了幾種新型鋼套管混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)澆工程和加固工程中應(yīng)用的可行性，以擴(kuò)展鋼套管混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍和應(yīng)用前景，為實(shí)際應(yīng)用提供參考。

　　1.傳統(tǒng)鋼套管混凝土柱的應(yīng)用情況

　　傳統(tǒng)的鋼套管混凝土柱如圖1所示，包括截?cái)嗍降匿撎坠芑炷�土柱和穿孔式的鋼套管混凝土柱。由于傳統(tǒng)鋼套管混凝土柱在施工方面存在一些問(wèn)題，因此目前只有少量的試驗(yàn)性應(yīng)用[1]。套管柱在工程中的首次應(yīng)用是在日本某建筑公司承建的大阪的一棟高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中[2]。1999年，美國(guó)阿拉斯加州交通局進(jìn)行了一個(gè)采用套管柱的橋柱結(jié)構(gòu)的足尺試驗(yàn)[3]，進(jìn)行套管柱在橋柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的嘗試應(yīng)用。Priestley等人對(duì)鋼套管混凝土柱在加固工程中的應(yīng)用進(jìn)行了研究[4]，指導(dǎo)了加利弗尼亞等地區(qū)的大量橋梁的加固工程。傳統(tǒng)的鋼套管混凝土柱雖然已有部分嘗試性的應(yīng)用，但是存在一些明顯的缺點(diǎn)：(1)截?cái)嗷虼┛滋庝撎坠艹惺艿目v向壓力會(huì)顯著減小，但是截?cái)嗪烷_孔只在局部，而在其它部位鋼管和混凝土之間還存在較大的粘結(jié)力和摩擦力，使得鋼套管的中間部分仍然承受較大且沿高度分布不均的縱向壓力;(2)鋼套管截?cái)嗷虼┛缀鬂仓�混凝土�(xí)r容易漏漿，增加了施工難度，鋼套管很難再用作澆筑混凝土的模板;(3)鋼套管截?cái)嗪蟛辉偈峭暾�的整體，在混凝土硬化以前不能單獨(dú)承載，不能作為施工時(shí)的承重結(jié)構(gòu)。這些問(wèn)題限制了鋼套管混凝土柱的應(yīng)用。

　　2.切槽式鋼套管混凝土柱在現(xiàn)澆工程中的應(yīng)用

　　傳統(tǒng)的鋼套管混凝土柱在現(xiàn)澆工程中的應(yīng)用比較困難，主要原因是加工后的鋼套管難以用作施工中的承重骨架和澆筑混凝土的模板，容易漏漿。為了避免和克服這些問(wèn)題，使得鋼套管混凝土柱可以更好地應(yīng)用在現(xiàn)澆工程中，可以采用如圖2所示的切槽式鋼套管混凝土柱的結(jié)構(gòu)形式[5]。切槽式鋼套管混凝土柱是在鋼套管上加工出多道環(huán)形或整條螺旋形切槽(如圖2所示)，這樣可以削弱鋼套管的縱向抗壓能力，主要起到對(duì)內(nèi)部混凝土柱的橫向套管約束作用。切槽式鋼套管混凝土柱與截?cái)嗍胶痛┛资戒撎坠芑炷�土柱的原理基本相同，但是切槽�?duì)鋼套管縱向承載能力的削弱更充分。更重要的是切槽式鋼套管仍然保持為完整的整體。如圖2中所示，切槽的深度可以小于套管壁厚，剩余部分的厚度可以根據(jù)需要確定。套管切槽處剩余部分可以起到兩個(gè)作用，一是可以在澆筑混凝土?xí)r防止切槽處漏漿，因此整個(gè)鋼套管可以起到模板的作用;再就是剩余部分具有一定厚度和抗壓能力，因此鋼套管在縱向受壓時(shí)仍然具備一定的承載能力，可以作為施工時(shí)的承重骨架，起到承載的作用。由上可見，切槽式鋼套管混凝土柱克服了傳統(tǒng)鋼套管混凝土柱在現(xiàn)澆工程施工中遇到的困難，在現(xiàn)澆工程中的應(yīng)用具有優(yōu)勢(shì)和更好的前景。

　　3.焊接式鋼套管混凝土柱的應(yīng)用

　　鋼管混凝土柱是一種應(yīng)用廣泛的組合結(jié)構(gòu)形式，主要應(yīng)用在需要巨大承載能力的高層和超高層建筑中，鋼管的尺寸因此比較大。由于無(wú)縫鋼管的造價(jià)較高且尺寸較小，所以大部分實(shí)際工程中不能采用無(wú)縫鋼管，通常采用卷制后焊接的鋼管。較小口徑的焊管大都采用直縫焊，大口徑焊管則大多采用螺旋焊，也就是螺旋卷制成型后再在拼縫處焊接。焊縫一般采用開坡口的熔透焊，焊接方法可以采用高頻焊或者自動(dòng)埋弧焊，焊接完成后還需要進(jìn)行探傷。圖3所示即為螺旋形焊接成型的鋼管混凝土柱，焊接工作量大，焊縫質(zhì)量要求高，焊接難度大。由于焊接的鋼管混凝土柱對(duì)焊縫的要求較高，焊縫的強(qiáng)度應(yīng)與鋼管其他部位等強(qiáng)，增加了加工制作的難度和成本。如果反過(guò)來(lái)考慮，認(rèn)為拼接焊縫處是薄弱部位，則相當(dāng)于對(duì)鋼管進(jìn)行了螺旋狀的橫向削弱，其效果與螺旋形切槽的鋼套管相同，此時(shí)的鋼管混凝土柱即變換為鋼套管混凝土柱。如圖4所示，鋼管的螺旋拼接處開口后簡(jiǎn)單焊接，近似切槽的效果，即形成焊接的鋼套管混凝土柱。此時(shí)焊縫的要求較低，可以不熔透，也可以斷續(xù)焊，起到連接的作用即可，加工難度和制作費(fèi)用顯著降低。根據(jù)已有的試驗(yàn)結(jié)果，切槽式鋼套管混凝土柱與普通的鋼管混凝土柱的縱向抗壓承載能力基本相當(dāng)或略有提高[6]，因此采用上述做法將焊接的普通鋼管混凝土柱替換為焊接的鋼套管混凝土柱是可行的，在大部分工程實(shí)際中都可以顯著降低加工難度和制作費(fèi)用。

　　4.鋼套管混凝土柱在加固工程中的應(yīng)用

　　鋼套管混凝土柱的初始概念就是在已有的鋼筋混凝土柱的外部包裹鋼套管來(lái)提高整體承載能力的一種結(jié)構(gòu)形式，其原理和效果與混凝土柱外部粘貼碳纖維布的做法是相同的，因此鋼套管混凝土柱的最初應(yīng)用領(lǐng)域即混凝土結(jié)構(gòu)的加固工程。傳統(tǒng)的鋼套管混凝土柱(圖1所示)雖然在工程中已有初步應(yīng)用，但是鋼套管是整體的，加工制作和安裝焊接的難度都比較大，加固效果也比較差。為了實(shí)現(xiàn)施工更方便、加固效果更好的目的，在切槽式鋼套管混凝土柱的基礎(chǔ)上提出了一種新的加固方法：利用近圓形的鋼板箍圍套在混凝土柱的外側(cè)，通過(guò)鋼板箍對(duì)混凝土柱施加橫向的約束，間接提高柱的豎向抗壓能力，如圖5所示。整個(gè)柱由多個(gè)鋼板箍約束，鋼板箍間留有間隙以更好地提供橫向約束作用，最終形成的結(jié)構(gòu)形式即切槽深度等于套管壁厚的切槽式鋼套管混凝土柱。由于整個(gè)鋼套管可以分解為多個(gè)鋼板箍的組合，每個(gè)鋼板箍尺寸較小，易于加工制作;此外，只需要調(diào)整鋼板箍的個(gè)數(shù)就能適配待加固柱的高度變化。因此該種加固方法更簡(jiǎn)便易行，具有更好的適用性和更好的加固效果。加固施工的主要步驟：(1)鋼板箍安裝就位。每個(gè)鋼板箍由兩個(gè)半圓形的鋼板箍圍套到待加固柱上后焊接而成。依次完成所有鋼板箍的組合、焊接，調(diào)整位置、保留間隙后臨時(shí)固定。(2)封堵鋼板箍之間的間隙。為了防止后續(xù)步驟中注漿時(shí)漏漿，封閉鋼板箍之間留有的間隙。封閉間隙是加固施工的一個(gè)重要內(nèi)容，可以有兩種做法：一種做法是利用鋼條、鋼筋、塑膠條等材料來(lái)堵縫，堵縫材料要有一定的強(qiáng)度，保證在注漿時(shí)不漏漿、不變形;再一種做法是利用薄鋼板或類似材料緊密包覆在整個(gè)鋼板箍的外側(cè)，薄鋼板的厚度以便于彎折、包覆、施工、并且不易變形為準(zhǔn)。封閉間隙時(shí)應(yīng)留多個(gè)注漿孔。(3)充填鋼板箍與柱之間的空隙。為保證鋼板箍與待加固混凝土柱能夠成為整體共同工作，通過(guò)高壓注漿的方法將兩者之間的空隙充填密實(shí)。通過(guò)預(yù)留的注漿孔，從下至上依次注漿，將鋼板箍與待加固混凝土柱之間的空隙充填密實(shí)。

　　作者：孫宗軍 劉靜 陸和燕 韓金生 單位：山東科技大學(xué)交通學(xué)院 中衡設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司 山東科技大學(xué)土建學(xué)院

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