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薄壁钢管混凝土理论及应用关键技术研究

信息来源: 暂无 发布日期: 2010-01-25 浏览次数:

一、简要技术说明及主要技术性能指标

     本项目的研究得到福建省科技计划重点项目(课题)“薄壁钢管混凝土理论及应用关键技术研究(No.2005HO33)”的资助,同时福建省引进高层次人才科研启动费相关课题,即福建省政府的人才引进专项资金资助项目“现代新型钢管混凝土结构理论与应用的关键技术问题研究”等项目提供了经费“配套”,由福州大学主持完成。

     本项目主要研究由薄壁钢管组成的经济型钢管混凝土柱,本项目论述的薄壁钢管是指直径与厚度的比值(圆钢管)以及宽度或高度与厚度的比值(方、矩形钢管)超过钢结构对其局部屈曲控制的限值的钢管。研究目标是确定薄壁钢管混凝土结构的力学机理和设计理论,从而为该类结构的设计应用提供参考。

     本项目的主要研究内容介绍如下:
    (1)进行了施工阶段薄壁钢管作为混凝土模板而承受内压的施工力学模拟,由此可确定混凝  土泵送的安全高度以及施工期临时支撑的设置问距,供薄壁钢管混凝土的设计和施工参考;
    (2)确定了圆形截面和矩形截面薄壁钢管混凝土其薄壁管在正常受力阶段发生局部屈曲的基  本条件,建议了薄壁钢管混凝土和厚壁钢管混凝土的基本界限;
    (3)考察了在不同参数条件下薄壁钢管混凝土其钢管可能发生的局部屈曲对混凝土约束性能  的影响,提出了薄壁钢管混凝土构件的承载力计算方法;
    (4)研究了提高薄壁钢管混凝土构件承载力和延性的有关构造措施,并提供了有关设计方法  和设计建议;
    (5)以带肋薄壁方钢管混凝土为例,根据福建省当前钢材和混凝土的材料供应和加工价格,  分别比较在轴压和偏压典型工况条件下带肋薄壁方钢管混凝土柱与普通方钢管混凝土柱  的材料耗费和造价情况,以期对薄壁钢管混凝土的经济性进行一些量化分析,供有关工程设计参考。

    上述重要研究成果已在专著《新型组合结构柱一试验、理论与方法》(科学出版社,2006)中系统体现,并在国际重要学术期刊,例如《Thin-Walled Structures》和《Joumal of Construcfion~Steel Research》,以及国内重要学术期刊《工程力学》等上系列发表,还先后在第一届结构工程新进展国际会议、Ninth International Symposium on Structural Engineering for Young Experts和第六届全国现代结构工程学术研讨会上进行介绍,受到国内、国际同行们的关注。已发表的10篇期刊论文中包括国际期刊3篇,一级学报1篇,其他核心期刊5篇。已发表的论文迄今已为SCI检索2篇,EI(光盘版)检索3篇,ISTP检索2篇。除上述已发表的论文外,目前课题研究成果尚有一篇期刊论文和2篇英文国际会议论文已经被接受,另有3篇英文期刊论文正在撰写中。 在执行本项目期间,课题组基于本项目研究还申请了一项实用新型专利:轻型钢管混凝土柱(2007年9月批准,专利号:ZL2006 2 0087052.8)。该实用新型专利中提出的轻型钢管混凝土柱是指在带纵向加劲肋的焊接薄壁钢管或冷弯薄壁型钢钢管内浇筑普通混凝土或轻质混凝土而形成的新型钢管混凝土柱。

     本项目相关成果已被应用于江西省工程技术标准J11092-2007《钢管混凝土结构技术规程》和内蒙古自治区工程建设标准《钢管混凝土结构技术规程》中,这两本标准前者已经于2008年1月1日颁布施行,后者也已于2007年12月审查通过,目前己提交内蒙古自治区建设厅进行报批。此外,2003年颁布施行的福建省工程建设标准DBJl3—51—2003《钢管混凝土结构技术规程》,迄今己使用近5年。为充分反映和吸纳钢管混凝土研究的最新成果,并参考借鉴其他国内外钢管混凝土先进设计规程,本课题组已经于2008年1月向福建省建设厅递交了修订DBJl3-51-2003标准的申请。如该申请被批准,有关本项目的研究成果将在DBJl3-51-2003标准修订稿中得到充分反映。此外,在项目执行期间,根据项目研究的初步成果,课题组还向江西杭萧钢构有限公司建设的江西华龙国际大厦建议了矩形钢管混凝土柱的截面高厚比,从而节省了l0%的柱钢材用量,综合降低工程造价170万元。

     经济对比分析表明,和传统钢管混凝土柱相比,采用本项目研究成果设计的薄壁钢管混凝土柱可进一步节省钢材约20~50%,降低柱造价约10~40%。由此可见,在实际工程中采用薄壁钢管混凝土具有良好的综合经济效益,达到了项目“合同书”中预期的技术、经济指标。

     本项目业已取得的上述成果具有以下意义:
    (1)针对薄壁钢管混凝土和带肋薄壁钢管混凝土,先后进行了135个轴压和偏压构件的试验  研究,为深入认识薄壁钢管混凝土的力学性能奠定了必要基础。
    (2)从理论方面全面认识了正常使用阶段和施工阶段的薄壁钢管混凝土构件的工作机理和设  计理论,研究成果在国际和国内权威学术期刊上系列发表。
    (3)研究成果为2部工程建设标准采纳,为薄壁钢管混凝土在实际工程中的推广应用奠定了  基础,有望取得良好社会效益和经济效益。
    (4)在国内外首次形成薄壁钢管混凝土理论与设计成套技术。
    (5)使钢管混凝土结构学科体系更加趋于完善和成熟。

    二、推广应用前景与措施   钢管混凝土目前已在国内外得到较为广泛的推广应用,我省走在其中的先进行列。1990年建成的泉州邮局大厦是国内首次将钢管混凝土应用于高层建筑的成功范例,开创了钢管混凝土应用的先河。此后一批标志性的钢管混凝土高层建筑在我省先后建成,如厦门阜康大厦、厦门金源大厦、南安邮局大厦、福州环球广场等。此外,目前在建的采用钢管混凝土的还有福州白马大厦、福州电力调度中心、福州万缘商业广场、福州仓山区法院、福州泰盛包装彩印厂主厂房等一大批建筑。     众所周知,钢管混凝土与钢筋混凝土相比,采用钢管混凝土无需进行绑扎钢筋、支模和拆模等工序,施工简便。同时因管内无钢筋,混凝土浇灌容易,密实度更容易保证,可加快施工进度:与钢结构相比,采用钢管混凝土可节省钢材,且构造通常比钢结构简单,焊缝少,易于制作。钢管混凝土适合结构向大跨、重载发展和承受恶劣条件的需要,符合现代施工技术的工业化要求,近年来在高层建筑和桥梁结构中得到大力推广应用便是明证。     本项目研究的薄壁钢管混凝土在基本具备厚壁钢管混凝土基本优点的同时,可达到进一步降低造价的目的,因而比厚壁钢符混凝土具有更加广阔的应用前景。经济对比分析表明,和传统钢管混凝土柱相比,采用本项目研究成果设计的薄壁钢管混凝土柱可进一步节省钢材约20~50%,降低柱造价约10~40%。由此可见,在实际工程中采用薄壁钢管混凝土具有良好的综合经济效益。 本项目相关成果目前已被应用于江西省工程技术标准J11092-2007《钢管混凝土结构技术规程》和内蒙古自治区工程建设标准《钢管混凝土结构技术规程》中。此外,本课题组还于2008年1月向福建省建设厅递交了修订DBJl3-51-2003《钢管混凝土结构技术规程》的申请,如该申请得到批准,可在修订DBJl3.51.2003时充分吸纳本项目的研究成果。    由于薄壁钢管混凝土具有的技术经济优势,加上相关规程的制定,薄壁钢管混凝土必将在我省乃至全国得到推广应用,从而产生显著的经济效益和社会效益。