預應力鋼管混凝土結構的應用研究

【摘 要】在當前的社會發展中，一些新技術、新設備不斷涌現，并逐漸應用在建筑工程施工當中。預應力鋼管混凝土結構也就是將預應力技術、鋼管混凝土以及鋼結構三種技術的特點有機的結合起來而形成的一種新的結構體系。一般來說，這種結構體系不僅能夠應用在大跨度工程、結構復雜的工程當中，還能夠在惡劣環境之下對建筑工程進行施工。這種結構體系具有施工簡便、投入成本低等優點，它能夠促進建筑結構向大跨度建筑方向發展。本文呢就預應力鋼管混凝土結構的應用進行研究，以供參考。

【關鍵詞】預應力；鋼管混凝土；空間結構；應用；發展方向

在當前的社會發展中，多層、高層建筑以及一些特殊結構的工程不斷涌現，加快了城市化的進程，在這些建筑工程施工過程中，施工人員往往會將鋼管混凝土結構應用在其中，并且取得了非常好施工效果。但是由于鋼管混凝土結構的抗壓承載力較大，具有塑性與韌性等特點，因此我們只能夠將其應用在柱的施工當中。就算將其作為柱進行施工，如果其長細比大于90，那么同樣會導致鋼管混凝土出現失穩的現象，這就無法充分發揮其特點，甚至喪失。因此，我們應該怎樣將其更好的應用在建筑工程當中。根據相關研究者的研究發現，我們可以將鋼管混凝土的特點與預應力技術的特點相結構，從而形成一種新的結構體系，這也就能夠在建筑工程中得到廣泛的應用。

1.預應力鋼筋混凝土結構的優點

由于預應力鋼筋混凝土結構是將預應力技術與鋼筋混凝土結構相結合而形成的一種新的結構體系，因此它具有預應力技術的優點以及鋼筋混凝土結構的優點，除此之外，它還具有以下幾點優點：（1）在建筑工程施工過程中，通過預應力技術可以將建筑物的荷載進行一定的傳遞，避免建筑物的變形；（2）可以在一些內力較大的桿件上施加一定的預應力，以此來分擔建筑工程中某一部分的內力；（3）施工人員可以對桁架或者鋼網架施加一定的預應力，這樣可以調整建筑結構的內力，使其受力更加均勻；（4）通過預應力鋼管混凝土結構可以有效的提高結構的剛度與振動頻率，提高建筑結構的承載力，防止建筑結構變形。

我們將預應力網架與普通網架進行初步對比發現，預應力網架具有明顯的優越性，通過它能夠有效的節約鋼材與成本；我們再將預應力鋼管混凝土空聞桁架與普通鋼屋架相對比，結果發現，前者比后者節約的鋼材為60～70%，成本費用節約了40～55%。

2.預應力鋼管混凝土結構的形式以及種類

2.1預應力鋼管混凝土的分類

首先，根據預應力鋼管混凝土的截面形式分類可以將其分為圓銅管混凝土、方鋼管混凝土、空心鋼管混凝土以及多邊形鋼管混凝土三種類型。其中圓鋼管混凝土是建筑工程中最為常見的一種。在其施工過程中，我們只需要在管內澆筑一定的素混凝土，而不需要在其中配置相應的鋼筋，正因為施工簡便，因此受到相關研究者的廣泛關注。

其次，根據預應力鋼筋混凝土的結構形式可以將其分為單截面構件式、復合結構式以及預應力組合式等。

最后，根據預應力鋼筋混凝土的內填混凝土的種類可以將其分為以下幾種類型，主要包括普通鋼管混凝土、輕骨料鋼管混凝土、高強鋼管混凝土等。

2.2預應力鋼管混凝土的形式

（1）首先，我們需要將預應力筋直接放置到鋼管內，并且在其中加入適量的內隔板或者混凝土，使之成為一個預應力鋼管混凝土的上構件。通過該構件不僅能夠有效的提高其抗壓能力，還能夠提高其抗拉能力。施工人員一般將其構件應用在軸壓構件當中。其次，我們需要將這一構件當做預應力鋼管混凝土的芯柱，然后將其配置在量的受壓區域，這樣可以有效的提高抗彎能力，并且可以改善其延伸性。如果我們將這一構件應用在高層建筑當做作為柱，可以有效的提高整個建筑物的剛度以及穩定性。

為方便施工，常將預應力筋放于管外，形成撐扦式預應力鋼管混凝上柱。施加預應力束后，撐桿對構件產生扭轉約束和線位移約束，從而提高其臨界壓力和穩定性。常用于桅桿結構中，如電視塔、玻璃幕墻承重骨架的豎向壓桿等。

（2）當構件承受彎矩時，可根據彎矩分布圖形，配置曲線（偏心直線）預應力束，就像普通預應力混凝土結構一樣。若彎矩較大或為方便施工，可將預應力束配置在體外。配束的原則是獲得最大的反向彎矩及最小的軸向壓力。理論上雖可使鋼管混凝土受彎構件變成軸心受壓構件.但一般很難完全抵消外彎矩，故只能使構件由受彎改變為壓彎構件.充分利用鋼管混凝土的受壓特性和預應力束的高強抗拉特性，獲得良好的經濟效益。

（3）拱架結構。拱架結構的拱主要承受軸向壓力，當跨度較大和荷載較重時采用鋼管混凝土是十分合理的。若結合平面轉體施工法或鋼束吊掛施工法，可充分發揮鋼管混凝土的優點，將結構用鋼與施工用鋼統一起來.解決了施工時的結構強度和剛度之間的矛盾：在拱架的下弦配置高強預應力束.與壓拱組成無推力（或小推）拱架結掏體系，做成內超靜定外靜定的結構。

（4）平面桁架中的上下弦。大跨度或重載的桁架結構中.上弦為壓桿，下弦為拉桿.是主要的控制截面、一般桁架的高度為跨度的1/4～1/6，用很大的高度滿足變形剛度的控制要求。

根據預應力鋼結構的概念，可在局部或F弦部位設置高強預應力束并張拉，同時上弦桿內澆筑高性能混凝土，形成預應力鋼管混凝土桁架，可提高其豎向承載力，減少變形并降低桁架的矢高.達到節約造價、降低層高、增強耐久性和防止壓桿失穩等目的。

節點連接以采用相貫節點為佳，但存在的問題是相貫線加工和焊接技術難度大，會增加造價；節點上受力復雜，節點的受力不單純靠鋼管壁傳力，而是鋼按鋼結構傳力，混凝土按混凝土傳力，使節點強度增強。

（5）空間體系中的壓桿。將平面問題推廣至空間體系中，自然形成了預應力鋼管混凝土空間結構體系。在大跨度和體形復雜的結構體系中，鋼管結構占有絕對的優勢。縱觀國內外大型大跨度建筑，基本均采用空間鋼管桁架結構外蓋輕屋面材料。這種體系中頂應力束有著十分良好的效果和作用。

（6）預應力鋼管輕混凝土結構。為降低結構自重，可在管內灌筑輕質高強混凝土，形成預應力鋼管輕混凝土結構。一般灌筑煤矸石混凝土或陶粒混凝土或浮石混凝土，其自重約為普通混凝土的一半。

3.結束語

預應力鋼管混凝士結構是現代結構今后發展的重要方向。通過對它的深入研究，可搞清預應力鋼管混凝土結構的受力變形特性和破壞機理.建立計算理論和設計分析方法，從而開拓這一新型復合材料組合結構的應用領域，并為預應力結構、復合材料和組合結構等計算理論增掭新的內容，可揍推動建筑結構、空間結構、橋粱結構等向大跨、大空間、重載、動載方向發展，并大幅度地簡化施工和降低造價。

【參考文獻】

[1]徐文平，徐金法.預應力鋼管混凝土組合結構探討[J].建筑技術，1998（05）.

[2]劉全忠，謝醒悔.預應力鋼管混凝土空間桁架結構設計[J].浙江建筑，1997（06）.