钢管混凝土1发展历史
1879年英国SEVERN铁路桥桥墩首次采用了钢管混凝土桥墩，但目的仅仅是为了防锈。直到1901年才有人第一次发表文章报道了方形钢管混凝土的应用情况，认为其能提高刚度和承载能力。前苏联在20世纪30年代建成了跨越列宁格勒涅瓦河的101m的钢管混凝土拱梁组合体系桥和位于西伯利亚跨径达140m的钢管混凝土拱。我国于上个世纪50年代末开始进行钢混凝土组合结构的研究，1963年在北京地铁站中采用了钢管混凝土柱。
钢管混凝土结构（CFST）属于钢-混凝土合结构中的一种，随着我国经济建设的飞速发展，钢管混凝土结构在我国已取得了极大发展。
2基本性能与分类
/ `6 d/ x8 G3 C; m# k: ], C8 Q2.1基本性能
钢材在弹性工作阶段，其泊松比变动很小，在0.25～0.30之间，而混凝土的泊松比随着纵向力的增长从低应力的0.167左右逐渐增至0.5，接近破坏时，泊松比将超出0.5。配有纵向钢筋和螺旋箍筋的钢筋混凝土轴心受压构件，当螺旋箍筋间距较小时，随着轴向力N的增大，混凝土的泊松比迅速超过钢管的泊松比，可以使核心混凝土处于三向受压形成套箍（约束）作用，从而提高其抗压强度，进而提高了受压构件的承载能力。钢管混凝土就是由钢管对核心混凝土施加套箍作用的一种约束和混凝土。它是在螺旋箍筋钢筋混凝土及钢管结构的基础上发展起来的。一方面，因为钢管对混凝土的套箍作用，不仅提高了混凝土的抗压强度，而且还使混凝土由脆性材料转变为塑性材料。另一方面，混凝土也提高了薄壁钢管的局部稳定性，使钢管的屈服强度得到有效利用。两种材料相互弥补对方的弱点，并发挥了各自的优点。因此，钢管混凝土材料应用于以受压为主的构件中，较之钢结构和混凝土结构有着极大的优越性，具有以下几个特点。
⑴ 7 `2 \( A' u$ A0 A
承载力大大提高。实验和实际工程中都表明钢管和混凝土两种材料合理组合使用时，构件具有很高的的抗压、抗剪和抗扭承载力，其中抗压承载力约为钢管和核心混凝土单独承载力之和的1.7～2.0倍。
⑵ 钢管稳定性得到了较大提高，刚度增强，结构整体稳定性得到了极大提高，冲击性能和动力性能较好。
⑶ 施工方便。与钢筋混凝土结构相比，钢管的制作比钢筋骨架制作省工省料，而且可省去模板，便于浇筑混凝土，可避免发生漏浆现象。别是在钢筋混凝土拱桥中，由于钢管本身重量轻又可作为施工称重骨架，因此可以节省脚手架、减少吊装工作量、简化施工安装工艺、缩短工期、减少施工用地等。
⑷ 在经济方面，经济效益显著。大量的工程实践表明，在保证自重相近和承重力形同的条件下，与钢结构相比，钢管混凝土可节省钢材50%左右，并减少大量焊接工作，施工方便。与钢筋混凝土结构相比，钢管混凝土耗钢量虽然略高，但施工用钢可相应减少，混凝土用量和构件都可少50%以上。结构面积减少约一半，从而增加了建筑的有效面积和降低了基础造价。
⑹ 耐腐蚀、耐火性能增强。由于钢管内填充了混凝土，能吸收热量，故耐火极限高于钢结构。特别是在急骤降温（消防冲水）时，不会像钢筋混凝土那样爆裂。另一方面，其为了防火保护而增加的防火材料比钢结构少，截面越大，防火材料相对减少越多，防锈面积几乎减少一半。
7 s4 ~6 y3 H1 V! i0 A# A$ b) F2.2主要类型
根据钢管与混凝土的组合关系，可分为内填型和内填外包型。
2.2.1内填型钢管管壁外露，结构含钢率较高，主要应用于受压柱和拱桥。
⑴ 内填型钢管混凝土根据管的形状分为圆管、方管、多边形管、园端形管等。
圆形钢管混凝土由于平面形状为轴对称，压力作用下钢管环向应力均匀，受力性能最好，因而应用最广泛，钢管混凝土拱桥大多采用圆形钢管。方形管在紧箍力作用下，管壁因受弯而变形，紧箍力集中在四个角点上，分布不均匀，角点处存在集中应力。但这种截面作为柱子与梁连接较容易，因而也得到一些应用。多边形管如八边形，则介于圆形管和方形管之间，由于交角角度变小，其紧箍力的分布较方管均匀，接近于圆形管，而几何形状上比圆形管更易与梁等其他构件连接。但这种结构钢管加工较复杂，所以应用不多。
⑵ 内填型钢管混凝土还可分为配筋和不配筋。一般所指的钢管混凝土均指不配筋的。
配筋的又可分为配纵筋的和配钢管束的。在钢管混凝土中配纵筋的主要目的是为了满足结构构造或连接方面的要求。配集管束是为了进一步提高承载力。而在钢管混凝土拱桥中主要应用在将数根钢管混凝土间隔一段用钢板环箍捆绑在一起的拱肋中。
⑶以上为实心的内填型钢管混凝土。当刚度要求大于强度要求时，其还还可做成空心的，分为重型（φ<0.5）和轻型（φ>0.5）。（φ为核心混凝土内外半径之比。）若在内外净距处处相等的钢皮夹层中灌入混凝土则形成钢-混凝土-钢的壳体结构。
2.2.2
" q8 j. p, J7 v内填外包型钢管混凝土主要应用在大跨度拱桥中，它主要解决工程中的“自架设问题”。首先架设自重轻、强度、刚度均较大的钢管骨架，然后在管内浇筑混凝土，再在钢管混凝土骨架外挂模板浇筑外包混凝土，形成钢筋混凝土结构。
近年来，国内有学者在研究“钢管混凝土核心柱与外侧混凝土能否共同工作至破坏”问题时提出了“钢骨-钢管混凝土”的概念。
2.2.3
# `4 N9 V& G( s6 U, f由于钢管混凝土构件在受压弯时长细比对稳定性的影响较大，故在钢管混凝土拱桥中，将其做成多肢结构，常见的包括双肢、三肢、四肢等，通过缀板连成一体。当构件承受的偏心压力和偏心矩较大时，可采用混凝土-型钢组合结构。
3材料
7 A' ~2 F0 @8 l8 Y3.1混凝土
《JCJ 01-89》和《DLGJ 99-91》规定钢管混凝土构件的混凝土标号不宜低于C30，以充分发挥钢管混凝土组合材料的受力性能，还规定混凝土等级不高于C50。但近年来的研究表明，由于套箍作用，与普通的钢筋混凝土中使用高强混凝土会带来脆性增大的比例因素不同，相反，钢管混凝土的应用为高强混凝土的应用提供了有效途径。一般的，我们把混凝土强度等级在C60以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C60以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。 混凝土的弹性模量和强度设计值 | | | | | | | |
| | | | + U: }. }6 z% O) l7 s& d
22.4 | : v( q5 l7 m5 l! m' l
26.5 |
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| 7 ]. K0 d+ s: n! C) ]; c
34.6 |
| | 3 [5 z/ F6 [8 R- ]8 \' C
1.39 |
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1.83 | ' H1 W6 p( K# [- L8 a ^
1.96 | , k+ j1 s( f% d9 J3 G
2.07 | & s8 O; [% y$ m+ l- e
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| | |
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| | | ( {3 b" b" H: z# X$ b- C
38.0 |
3.2钢管
钢管混凝土构件可采用直缝焊接管、螺旋焊接管和无缝焊接管。当管径较大时宜采用卷制管，管径较小时采用无缝管。直缝焊管和螺旋焊管常用普通的3（A3）号钢、16Mn钢、15MnV钢。
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. w5 Y0 \( r- `/ M! U* z7 W0 I钢材的弹性模量和强度设计值
| | | | 弹性模量
8 E+ u! o" ~" F+ u8 G/ Y6 W5 H6 hEs（KMPa）
6 J! i( a6 r* d+ d |
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3号 钢
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315
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15MnV钢 | 一 二 三/ |) m {! I; p& }7 C" q) c0 f
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335
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3.3 钢管混凝土构件
为了保证混凝土浇注的可能和钢管与混凝土两者的共同作用，对于钢管混凝土构件的钢管外径（D）和管壁厚（t）都有一定要求。管径一般限制最小直径不小于100mm，壁厚的绝对值不小于4mm，以保证焊接的最小厚度。
为了发挥钢管混凝土的受力特性和保证钢管管壁的稳定性，还要限制t与D之比。《CECS 28：90》规定D/t在20到85*（255/f）½之间（f为钢材屈服强度）。对3号钢，取f=235MPa;对15MnV钢，取f=390MPa；对16Mn钢，取f=345MPa。
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
