所属栏目：物理论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:143
摘 要：本文主要介绍了钢管混凝土在实际工程应用中的优点，总结分析了矩形钢管混凝土框架节点的类型和性能，探讨了矩形钢管混凝土框架节点有待深入研究的问题，供工程设计参考。
矩形钢管混凝土结构的优越性已逐渐得到工程人员的认可，而且越来越多地被应用到实际工程中。从已有的实例看，钢管混凝土结构一般用于承受较大荷载的结构，如高层建筑和桥梁结构。钢管混凝土结构在我国已得到较为广泛的应用，并取得了较好的技术和经济效果。一、钢管混凝土在实际工程应用中的优点
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件。它利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互的组合作用，发挥了两种材料的优点，不仅使得混凝土的抗压强度提高、变形性能改善，而且避免或延缓了钢管发生局部屈曲。这决定了它在实际工程应用中的一些优点：
(一)承载力高。如果仅仅对于薄壁钢管而言，其临界承载力很不稳定。试验表明，它的实际承载力只有理论计算值的四分之一。但在钢管中填充混凝土以后，可以延缓或避免钢管过早地发生局部屈曲。钢管中的混凝土受到钢管的约束，可延缓其受压时的纵向开裂。两种材料相互弥补了彼此的弱点，可以充分发挥各自的长处，从而使钢管混凝土具有很高的承载能力，一般高于组成钢管混凝土的钢管及核心混凝土单独承载力之和。
(二)抗震和变形能力。对于钢管混凝土构件而言，其中的混凝土材料脆性很大，构件开裂后承载力和变形能力迅速降低。如果将混凝土灌入钢管中形成钢管混凝土，核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段它的弹性模量得以改善，在破坏时也具有较大的塑性变形。此外，若与钢结构相比，钢管混凝土结构由于混凝土的存在而提高了刚度，外力作用下的变形相对较小，在风荷载和地震荷载作用下，结构的水平位移可以严格控制。
(三)制作和施工方便。与钢筋混凝土柱相比，钢管可以兼作柱的外模和临时支撑，免去了绑扎钢筋、支模和拆模等工序;而且柱内无钢筋，混凝土浇灌也相对简单的多，可以做到多层一次施工，并能更好的配合施工中的泵送混凝土、高位抛落免振捣混凝土和自密实混凝土等技术。与钢结构构件相比，钢管混凝土的构造通常更为简单，焊缝少，更易于制作。
(四)耐火性能较好。众所周知，钢结构的耐火性能较差，构件温度升至600°C时结构完全丧失承载力，变形迅速增加，导致结构倒塌。因此，钢结构中构件要采用防火涂料进行保护。
(五)经济效果好。对于钢筋混凝土结构，由于轴压比的限制常常令柱截面尺寸很大，若改用钢管混凝土，柱截面将大大减小，建筑结构所占的面积也将大大减小，这对投资方而言会产生不小的经济效益。
二、矩形钢管混凝土节点的类型与性能
(一)钢管混凝土柱—钢筋混凝土梁节点
1.加强环肋板式节点
加强环肋板式节点由上下加强环和垂直肋板组成，垂直肋板和钢管及下环板焊接，钢筋混凝土预制梁端留一竖向糟，槽口顺肋板将梁放在下环上，用角焊缝将梁端预埋件与肋板及下环板相焊接，然后盖上上加强环，再将上环板与梁端预埋件焊接，如图1.1所示，这种刚性节点通过上下加强环传递梁端弯矩，垂直肋板传递剪力。这种节点型式的特点是传力可靠，在满足“强柱弱梁”的条件下设计好加强环，同时注意焊接质量，使塑性铰出现在梁端的情况下有良好的抗震性能。这种节点适用于多层工业与民用建筑。
2.加强环承重销式节点
加强环承重销式节点是在梁顶用加强环分别和钢管及梁顶预埋件钢板焊接，预制梁端部做成下短、上长的变形截面形状搁在承重销上，如图1.2所示。加强环的作用是传递梁端弯矩所产生的拉力，承重销的作用是传递梁端传来的剪力，承重销多采用工字梁，它的腹板穿过钢管柱，上下翼#p#副标题#e#缘则焊在钢管壁上。这种节点的优点是受力明确，刚度大，承载力高;缺点是构造较复杂，用钢量大，这种节点适用于重型工业厂房中。
3.环梁节点
钢筋混凝土梁与圆钢管混凝土柱连接时，采用钢筋混凝土环梁节点。这种节点是围绕钢管柱设置现浇钢筋混凝土环梁，与钢管柱紧密箍抱，楼盖的纵筋锚固于环梁内，借环梁传递梁端弯矩;在钢管外侧位于环梁中部或靠近底部贴焊一或两根环形钢筋作为抗剪环传递梁端剪力，如图1.3所示。这种节点的传力方式是:梁的剪力传至环梁后，通过环梁和钢管间的粘结力、摩擦力和抗剪环传给钢管柱;梁的弯矩则由环梁承担并自行平衡或传至钢管柱。
(二)钢管混凝土柱—钢筋混凝土梁节点
1.内、外加强环节点
如图1.4所示为钢管混凝土外加强环节点。梁端剪力的传递采用焊接于钢管上的连接腹板实现，梁端弯矩的传递采用环绕钢管柱的加强环与钢梁上下翼缘焊接的办法实现。外加强环式节点是迄今为止实际工程中应用较多的一种节点型式，其传力路径简洁明确、节点刚度大、承载力高，在适当的截面设计下能较好地实现“强柱、弱梁、节点更强”的原则。
内加强环式节点，即将钢梁翼缘板与腹板直接焊接在管柱外边，内环与梁的翼缘在同一水平面内，节点仍然能够满足刚性节点的要求。这种节点型式比外环节省钢材，但当管柱直径较大时才能采用，因为当管径较小时焊接困难，而且将妨碍管内混凝土的浇灌，我国1997年开始修建的深圳赛格广场大厦中重要的节点都采用了内加强环。
2.锚定板式节点
如图1.5所示为锚定板式节点，即在钢管内正对钢梁上、下翼缘处各焊一个T形锚定板，埋于柱核心混凝土内，以承受梁翼缘传来的力偶，剪力的传递则依靠梁腹板的竖直焊缝。其特点是构造简单、省钢材，但节点的整体刚度较小，适用于节点内力不大的情况，目前已在深圳赛格广场工程中应用。
参考文献：
[1]《高层钢管混凝土结构》 黑龙江科学出版社1999
[2]《新型方钢管混凝土柱—梁节点实验研究》 同济大学硕士学位论文 2000
[3]《高层建筑钢管混凝土柱节点设计及构筑研究》 建筑结构1999