马卓群

（太原铁路房建段，山西 太原 030013）

钢管混凝土就是在钢管内填充混凝土而形成的结构构件，它是将钢管抗弯能力强和混凝土轴向抗压能力强的优点结合起来，同时利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中相互间的组合作用，克服了钢管结构容易发生局部屈曲和混凝土抗弯能力弱的特点，而形成的一种新型组合结构。

1 钢管混凝土结构的自身优点

由于钢管混凝土结构的自身优点，其在我国的应用发展很快，被广泛地应用于工程实践中，主要优点有：

1.1 承载力高

钢管混凝土结构构件受压时，钢管始终对填入的混凝土产生紧箍力，这样，钢管和混凝土都处在三向应力状态下工作，使混凝土由原来的脆性材料转变为塑性材料，因而，抗压强度和变形能力都得到了极大的提高，同时，钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲。研究表明，钢管混凝土受压构件的强度承载力大约为钢管和混凝土单独承载力之和的1.7～2.0倍。

1.2 抗震性能优

对钢管混凝土框架结构和钢筋混凝土框架结构做顶层荷载—位移滞回曲线表明，钢管混凝土结构的吸收性能比较好，而钢筋混凝土框架出现明显的捏缩现象。由于钢管混凝土结构中钢管位于混凝土外侧，在侧向力的作用下，其对内部的混凝土起到了很好的约束作用，从而延缓了混凝土裂缝的发展，降低了其刚度和强度的退化速度，使钢管混凝土结构的抗侧力能力优于普通的钢筋混凝土结构，所以，钢管混凝土结构抗震性能强于普通的钢筋混凝土结构。

1.3 施工效率高

钢管混凝土结构在施工中不需要搭设模板，节省了支模、拆模等工序；内部不需要配筋，钢管兼作受力钢筋与箍筋，节省了钢筋下料、绑扎等工序；混凝土浇筑完毕后在相对密闭的环境中硬化，对环境的要求较低，相对于普通钢筋混凝土结构省去了对混凝土的养护；钢管柱具有足够的刚度和强度，管内混凝土可选择在任何时候进行浇灌，甚至可用泵灌顶升法3～4层楼浇灌1次，并不占用整个建筑的主导工期。钢管混凝土结构混凝土浇筑一般采用顶升法和高抛自密实法，顶升法利用泵送的压力将混凝土由底到顶注入钢管，由混凝土自重及泵送压力使混凝土达到密实的状态。高抛自密实法是通过一定的抛落高度，利用混凝土坠落时的动能及混凝土自身的优异性能达到振实的效果，目前，两种浇筑方法都有比较成熟的施工经验。

1.4 抗火能力强

在遭受火灾时，由于钢管中的混凝土能够吸收大量的热量，使得钢管混凝土柱截面温度场的分布很不均匀，越到混凝土中心，温度升高越慢，从而减慢了外侧钢管的温度上升速度，但使柱子的耐火时间大大增加。即使钢管达到屈服强度，混凝土还具有相当的轴向荷载承载能力，能够有效防止结构失稳。

1.5 性价比高

采用普通强度混凝土的钢管混凝土与钢柱相比，可节约钢材50%左右，造价也可降低；如与钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土50%以上，减轻结构自重50%以上，而二者耗钢量和造价相当。如果采用在钢管内填充高强度混凝土，可节约混凝土60%以上，同时减轻结构自重60%以上,可以有效降低工程建设成本。同钢结构相比较，钢管混凝土外露在空气中的面积小，所需的抗腐蚀、防火费用较少，并且随着柱子直径的增大，经济效果越显著。

1.6 生态因素

在钢管中填充再生混凝土，形成再生钢管混凝土，在钢管的约束之下也能发挥二者的相互作用。再生钢管混凝土结构为废弃混凝土的循环利用提供了一条有效的途径，同时钢管混凝土结构施工过程中省去了模板工程，大大减小了环境负担。并且，同样承载力的钢管混凝土柱较钢筋混凝土柱的截面小，尤其是高层建筑的底层或地下室柱截面较大，采用钢管混凝土结构可以获得更大的利用空间。

2 钢管混凝土自身结构存在的弊端

2.1 使用范围有限

钢管混凝土结构的使用范围目前仅限于柱、桥墩等轴心或小偏心受压构件，还很少有使用钢管混凝土梁的先例，这是因为梁一般都做成矩形。而矩形的钢管混凝土结构受力比较复杂而且构造要求高，相对于圆钢管混凝土，方钢管混凝土存在钢管对核心混凝土约束相对较弱的弱点，所以目前主要采用圆形截面的钢管混凝土结构。

2.2 构件连接构造复杂

钢管混凝土柱与梁的连接需要借助牛腿和加强板，当需要连接的梁较多，并且高度不同时，需要较多的牛腿和加强板，构造比较复杂，当采用暗牛腿时，会在一定程度上为混凝土的浇筑带来不便。为了充分发挥承载力，使轴向荷载尽量传递到核心混凝土上，工程中常采用柱顶盖板、柱脚底板和层间隔板、穿心板等来实现，这些构件与钢柱的连接比较繁琐，制作也较麻烦，不便于施工。当采用升板法施工时，钢管混凝土柱与无梁盖连接构造更为复杂，会直接影响到施工的进度。

2.3 混凝土质量检查困难

钢管中的混凝土属于隐蔽工程范畴，浇筑完成后无法直观检查混凝土质量。当采用超声脉冲检测发现混凝土有缺陷时，需要将钢管开孔来补强混凝土，然后再修复钢管。检查和修复工程繁琐而复杂，所以钢管混凝土结构对浇筑的混凝土质量要求较高，施工中必须严格控制混凝土的各项质量参数。

2.4 钢管构件制作安装要求高

钢管混凝土结构中使用的钢管优先使用螺旋焊管，对焊接质量要求很高，并且钢管内部有除锈要求。在构件制作过程中，钢管的对接是一个关键点，要求焊后的管肢符合质量要求，这就需要在焊接时采取相应的措施，严格按照焊接的顺序作业，并且要考虑到焊接变形对构件的影响。现场拼接时，通常在管内接缝处设置附加衬管来确保连接处的焊缝质量。格构式柱要求柱的肢管和各种腹杆的组装连接尺寸和角度必须准确，更为施工增加了难度。为了控制钢管在吊装荷载作用下的变形，构件在吊装前要验算吊点设置的位置和数量，并且要控制吊装速度。吊装就位后，要立即进行校正，并采取可靠的固定措施以保证构件的稳定性。

3 对新型钢管混凝土结构的研究成果

近年来，笔者对一些新型的钢管混凝土结构进行了研究，并取得了一定的成果，具体的研究成果有：

3.1 薄壁钢管混凝土结构

薄壁钢管混凝土结构是由薄壁钢管与混凝土组合形成的新型结构，通过设置纵向加筋肋，既具有组合结构的优点，又能节约钢材，在一些荷载较轻的结构中具有良好的应用潜力。

3.2 采用高性能混凝土的钢管混凝土

高性能混凝土的用水量较低，抗离析性高、流动性好，具有良好的自密实性，它可以在钢管中自密实成型，大大方便了钢管混凝土结构的施工，对确保工程质量具有重要的意义。

3.3 中空夹层钢管混凝土结构

中空夹层钢管混凝土结构是在两个同心放置的钢管之间灌注混凝土而成的构件，由于内外钢管和混凝土三者的相互作用，与传统实心钢管混凝土构件相比，具有刚度大、自重轻、抗火能力强等优点，适用于大直径桩和高层建筑中。

综上所述，钢管混凝土结构是一种新型的结构形式，自20世纪60年代引入我国以来，经过40多年的不断发展和完善，被越来越广泛地应用于高层、超高层建筑、大跨度桥梁工程、地下工程和工业厂房建设中，并已取得良好的经济效益和社会效益。但是，相对于钢筋混凝土结构和钢结构，人们对钢管混凝土结构的研究还处于起步阶段，许多阻碍钢管混凝土结构发展应用的深层次问题还有待解决。值得肯定的是，钢管混凝土结构的优点远多于缺点，随着理论研究的不断深入、新的施工工艺的出现和高性能材料的应用，钢管混凝土结构的优点会充分体现出来，在工程中的应用必将更加广泛。