钢管混凝土柱混凝土浇筑施工阶段钢管受力性能研究

摘要

钢管混凝土不仅力学性能优异，而且钢管的可充当模板性使得施工非常方便，符合现代施工技术工业化的要求，工程应用非常广泛。在钢管混凝土结构施工过程中，一般先安装数层空钢管，待楼盖结构安装和浇筑完成后再一次性浇筑管内混凝土，导致钢管在与混凝土共同受荷之前，便预先承受竖向施工荷载和管内混凝土水平方向的侧壁压力而产生初始应力和变形，易引发施工问题，研究管内混凝土浇筑阶段钢管的受力性能对施工质量和安全性非常重要。
　　鉴于方、矩形钢管在浇筑施工阶段的受力性能较圆形钢管更为不利，本文取方、矩形钢管作为研究对象。通过分析钢管在浇筑阶段的受力情况做出合理模型假设，建立了相应力学分析模型，并对其进行了实例验证，吻合良好。基于有限元模型，本文主要完成了以下工作：
　　①对比分析了位置关系对钢管混凝土结构框架体系中柱、边柱及角柱钢管受力性能的影响，结果表明，不同管壁宽厚比下，位置关系除对管壁竖向应力影响较大外，其他力学性能受其影响很小，若取最大应力和最大变形进行安全性控制，施工中对此可以不予考虑。
　　②对矩形钢管的受力性能进行了影响因素分析，分析表明，在最大应力不超过钢材比例极限的情况下，管壁最大应力和水平变形随一次性泵送顶升浇筑层数的增加基本呈线性增长关系，但随截面长宽比增大呈非线性增长；管内设置横隔板可以有效减小管壁应力和变形，长宽比越大，效果越显著，且其距离最大应力和变形位置越近，作用越明显。竖向内隔板对应力和变形的限制作用也较大。
　　③从一次性泵送顶升层数、钢管入口泵压和侧向支撑设置三个主要方面对方、矩形钢管混凝土柱混凝土泵送顶升浇筑施工方案进行了分析和探讨。研究发现，在不采取施工支撑或加固措施时，方钢管一次性所能泵送顶升的最大层数随管壁宽厚比和入口泵压的增大而减小，而矩形钢管则随截面长宽比及入口泵压的增加而减小，二者皆不呈线性变化。按照本文所提出的钢管侧向支撑模拟加设方法进行支撑加设，方钢管其支撑沿柱高的主要布置间距和截面长宽值近似相等或成一定比例；对于截面尺寸值不大，且长宽比在1.2~1.6范围内变动的矩形钢管其支撑主要间距变化很小。方钢管加设支撑的位置和数量主要受管壁最大应力控制，而矩形钢管主要受最大变形控制。本文施工分析思路、方法和研究结论可为钢管混凝土柱浇筑施工组织方案的制定及优化提供参考。