這篇建筑材料論文發表了鋼套管混凝土結構在現澆工程的應用，論文介紹了鋼筋混凝土和普通混凝土的柱的應用情況，通過分析了幾種新型鋼套管混凝土結構，擴展了結構的應用范圍和應用前景，介紹了在加固工程中的應用。

　　【摘要】鋼套管混凝土結構是一種主要利用鋼套管的橫向約束作用來提高抗壓承載能力的結構形式。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用開發上的不足，導致其在實際工程中的應用非常有限。本文對鋼套管混凝土柱在實際工程中的應用進行了探討，分析了不同形式的鋼套管混凝土柱在不同工程領域中的應用，包括在現澆工程和加固工程中的應用，擴展了鋼套管混凝土結構的應用范圍和應用前景，為實際應用提供了參考。

　　【關鍵詞】建筑材料論文,鋼套管混凝土,工程應用,現澆工程,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，但是兩者的受力機理有區別。普通鋼管混凝土柱在受壓后，其鋼管同時承受豎向壓力和混凝土膨脹產生的橫向拉力，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揮其橫向抗拉能力，從而對內部混凝土施加更大的橫向約束力，提高柱的承載能力，這種效應即稱為“套管效應”。此時的鋼管混凝土柱即轉變為鋼套管混凝土柱。雖然鋼套管混凝土柱具有獨特的受力機理和較好的受力性能，但是并沒有引起足夠的重視，相關研究較少。同時，由于施工上的困難以及應用開發上的不足，也導致其在實際工程中的應用非常少。本文對鋼套管混凝土柱在實際工程中的應用進行探討，在總結分析傳統鋼套管混凝土柱主要的應用情況和存在問題的基礎上，研究分析了幾種新型鋼套管混凝土結構在現澆工程和加固工程中應用的可行性，以擴展鋼套管混凝土結構的應用范圍和應用前景，為實際應用提供參考。

　　1.傳統鋼套管混凝土柱的應用情況

　　傳統的鋼套管混凝土柱如圖1所示，包括截斷式的鋼套管混凝土柱和穿孔式的鋼套管混凝土柱。由于傳統鋼套管混凝土柱在施工方面存在一些問題，因此目前只有少量的試驗性應用[1]。套管柱在工程中的首次應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構中[2]。1999年，美國阿拉斯加州交通局進行了一個采用套管柱的橋柱結構的足尺試驗[3]，進行套管柱在橋柱結構設計中的嘗試應用。Priestley等人對鋼套管混凝土柱在加固工程中的應用進行了研究[4]，指導了加利弗尼亞等地區的大量橋梁的加固工程。傳統的鋼套管混凝土柱雖然已有部分嘗試性的應用，但是存在一些明顯的缺點：(1)截斷或穿孔處鋼套管承受的縱向壓力會顯著減小，但是截斷和開孔只在局部，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)鋼套管截斷或穿孔后澆筑混凝土時容易漏漿，增加了施工難度，鋼套管很難再用作澆筑混凝土的模板;(3)鋼套管截斷后不再是完整的整體，在混凝土硬化以前不能單獨承載，不能作為施工時的承重結構。這些問題限制了鋼套管混凝土柱的應用。

　　2.切槽式鋼套管混凝土柱在現澆工程中的應用

　　傳統的鋼套管混凝土柱在現澆工程中的應用比較困難，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題，使得鋼套管混凝土柱可以更好地應用在現澆工程中，可以采用如圖2所示的切槽式鋼套管混凝土柱的結構形式[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，主要起到對內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斷式和穿孔式鋼套管混凝土柱的原理基本相同，但是切槽對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需要確定。套管切槽處剩余部分可以起到兩個作用，一是可以在澆筑混凝土時防止切槽處漏漿，因此整個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仍然具備一定的承載能力，可以作為施工時的承重骨架，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鋼套管混凝土柱在現澆工程施工中遇到的困難，在現澆工程中的應用具有優勢和更好的前景。

　　3.焊接式鋼套管混凝土柱的應用

　　鋼管混凝土柱是一種應用廣泛的組合結構形式，主要應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。由于無縫鋼管的造價較高且尺寸較小，所以大部分實際工程中不能采用無縫鋼管，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埋弧焊，焊接完成后還需要進行探傷。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，焊縫質量要求高，焊接難度大。由于焊接的鋼管混凝土柱對焊縫的要求較高，焊縫的強度應與鋼管其他部位等強，增加了加工制作的難度和成本。如果反過來考慮，認為拼接焊縫處是薄弱部位，則相當于對鋼管進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。此時焊縫的要求較低，可以不熔透，也可以斷續焊，起到連接的作用即可，加工難度和制作費用顯著降低。根據已有的試驗結果，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，在大部分工程實際中都可以顯著降低加工難度和制作費用。

　　4.鋼套管混凝土柱在加固工程中的應用

　　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提高整體承載能力的一種結構形式，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用領域即混凝土結構的加固工程。傳統的鋼套管混凝土柱(圖1所示)雖然在工程中已有初步應用，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。為了實現施工更方便、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，通過鋼板箍對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。整個柱由多個鋼板箍約束，鋼板箍間留有間隙以更好地提供橫向約束作用，最終形成的結構形式即切槽深度等于套管壁厚的切槽式鋼套管混凝土柱。由于整個鋼套管可以分解為多個鋼板箍的組合，每個鋼板箍尺寸較小，易于加工制作;此外，只需要調整鋼板箍的個數就能適配待加固柱的高度變化。因此該種加固方法更簡便易行，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。每個鋼板箍由兩個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，調整位置、保留間隙后臨時固定。(2)封堵鋼板箍之間的間隙。為了防止后續步驟中注漿時漏漿，封閉鋼板箍之間留有的間隙。封閉間隙是加固施工的一個重要內容，可以有兩種做法：一種做法是利用鋼條、鋼筋、塑膠條等材料來堵縫，堵縫材料要有一定的強度，保證在注漿時不漏漿、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鋼板箍的外側，薄鋼板的厚度以便于彎折、包覆、施工、并且不易變形為準。封閉間隙時應留多個注漿孔。(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，通過高壓注漿的方法將兩者之間的空隙充填密實。通過預留的注漿孔，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。

　　作者：孫宗軍 劉靜 陸和燕 韓金生 單位：山東科技大學交通學院 中衡設計集團股份有限公司 山東科技大學土建學院

　　推薦閱讀：建筑技術(月刊)創刊于1970年，由北京建工集團有限責任公司主辦。