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鋼管柱和盾構機殼管
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混凝土鋼管柱的工作機理及其好處

2020/8/26 9:21:03??????點擊:
混凝土鋼管柱即在薄壁圓形鋼管內填充混凝土,將兩種不同性質的材料組合而形成的結構。 它利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程相互之間的組合作用,充分發揮這兩種材料的優點,彌補彼此的缺點,因而具有良好地力學性能和經濟性。在橋梁,工業廠房,高層建筑中的應用越來越廣泛。
1、混凝土鋼管柱的工作機理
鋼管混凝土的基本原理:在鋼管中填充混凝土,在力的作用下,混凝土對鋼管有力的作用, 但同時鋼管約束了混凝土, 使管內混凝土處于三向受壓的應力狀態, 延緩其縱向微裂縫的發生和發展, 從而提高其抗壓強度和壓縮變形能力。 借助內填混凝土的支撐作用, 增強鋼管壁的幾何穩定性,避免發生穩定性破壞,從而提高其承載能力。由于鋼管和核心混凝土的相互作用, 受力處于復雜狀態, 從而使混凝土的
強度得以提高,塑性和韌性性能大為改善。
2、混凝土鋼管柱的特點

2.1、承載力高

混凝土的抗壓強度高,抗彎能力很弱;鋼材具有很好的抗彎性能和彈塑性變形能力。鋼管中填充混凝土,鋼管對混凝土的約束,使得核心混凝土處于三向受壓狀態, 提高了混凝土的抗壓強度。 鋼管混凝土柱的承載力大于同等條件下的鋼管柱的承載力和混凝土柱的承載力。鋼管混凝土柱相對于鋼筋混凝土柱的承載力提高了很多。某鋼管混凝土結構中,有一鋼管混凝土軸心受壓短柱,柱長

l=1200mm ,鋼管 600*8,q345 鋼,f  s = 310。混凝土強度等級為 c40,fc = 19.1 

鋼管面積 as =(-) = 14871.04 

混凝土面積 ac =*= 267728.96 

套箍指標  = as f s /(ac fc ) = 14871.04* 310 /(267728.96*19.1) =0.902 

則該短柱的極限承載力= ac fc (1++ )=267728.96*19.1(1++0.902 =14582.7 kn 

若為鋼筋混凝土柱: =7540*2=15080 

=550*550-15080=287420 

= 0.9(fc  a+ f  y as)= 0.9*(19.1*287420+  310*15080)  = 9148.07kn 

混凝土鋼管柱的承載力為普通混凝土柱的 1.6 倍,即鋼管混凝土柱的承載力提高 61% 。

2.2、抗震性能優越

混凝土鋼管柱中,鋼管相當于縱向鋼筋 ,  同時相當于橫向箍筋 ,  核心混凝土對鋼管有橫向擠壓力。 同理,鋼管約束了混凝土的橫向變形,二者相互貢獻,協同互補,使得二者共同作用大大提高。其 m-φ滯

回曲線表現較好的穩定,曲線圖形飽滿,耗能性能好。在地震力反復作用下,  普通鋼筋混凝土柱的保護層可能大面積脫落, 鋼筋暴露在空氣中,嚴重的會發生腐蝕,影響其力學性能。在實際工程中,也驗證了這些性能的優越性。

2.3、耐火性能好

鋼管內存在大量的混凝土 ,  混凝土的比熱比鋼材的比熱大得多 ,  而鋼材的導熱系數卻比混凝土大很多。 所以發生火災時 ,  鋼管混凝土柱在吸熱后 ,  一些熱量會傳給混凝土 , 混凝土吸收大量由鋼管傳來的熱量,使得外包鋼管升溫滯后。鋼管的承載力損失相對減小。同時,可保護核心混凝土不發生崩裂。 一旦鋼管部分屈服 ,  溫度不高的混凝土依然可以承受大部分承載力 ,  可防止結構的倒塌 ,  使鋼管混凝土的耐火時間增長 ,其防火性能比鋼結構和鋼筋混凝土結構更為優越。

2.4 施工方便,工期大大縮短

鋼筋混凝土結構的施工周期長,受氣候的影響較大,并在工程中需要大量的腳手架和模板。 鋼管混凝土結構施工時 ,  鋼管本身就是模板 ,可省去支模、拆模的工和料和人工費,也縮短了工期。 同時,  鋼管本身就是鋼筋 ,  它兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的功能。 ,鋼管混凝土結構的養護工藝比鋼筋混凝土結構的養護工藝簡化了許多。

2.5、經濟效益

對一個工程來說,除了保證該工程的功能外,經濟是衡量該工程的另一個標準。取某一工程底層柱的最不利組合 m=100kn*m n=50000knl=4.3m 

鋼筋混凝土:混凝土 c60,=27.5,=2.04 

鋼筋 hrb400,=360 

計算:n=50000kn/27.5*a0.8a2272727.27 

b=h=1600mm a=2560000e=767.7mm=0.499 

=0.80 x=1248mm ﹤0 

8 根 28mm =4926 鋼管:混凝土 c60,=27.5,=2.04 

鋼材 q345,=310 1/d20d215mm 試取截面 d=1200mmt=14mm ==0.545 = (1++)=67704.4kn >50000kn 

相比較:鋼筋混凝土柱占用的面積為 2560000 

混凝土鋼管柱占用的面積為 1130400 

鋼管柱占用的面積是鋼筋的 44% 。

近似計算其造價:

混凝土鋼管柱: 0.25** (-)*7.85=0.409 

0.409*4000*4.3=7034.8 元

0.25***392*4.3=1817.1 元

總共為 8851.9 元

鋼筋混凝土柱: 1.6*1.6*392*4.3=4315.1 元

1.6*1.6*1.5%*7.85*3800*4.3=4925.53 元

4925.53*1.8/1.5=5910.6 

總共為 15151.23 元

混凝土鋼管柱能節約近 42% 。 這其中還未考慮模板,施工工期等因素,由此可見鋼管混凝土的經濟性好于鋼筋混凝土。

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