按截面形式不同,可分为圆钢管混凝土,方形、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。
混凝土的抗压强度高,但抗弯能力很弱。钢材特别是型钢的抗弯能力强,具有良好的弹塑性,但在受压时容易失稳而丧失轴向抗压能力。钢管混凝土兼具两种材料的优点,可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高;同时混凝土的存在提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大提高了承载能力。钢管混凝土主要作为轴心受压和作用力偏心较小的受压构件,被广泛用于桥梁及框架结构中。
20世纪60年代之前,钢管混凝土的研究对象主要是圆钢管混凝土。60年代后半期以后,开始系统地研究矩形钢管混凝土。中国从1968年开始对钢管混凝土基本构件的工作性能、设计方法、节点构造和施工技术等方面展开系统的研究。进入80年代后,钢管混凝土的施工技术迅猛发展,出现很多施工工艺和施工方法,钢管混凝土的优势得到了更加充分的发挥,已广泛应用于中国的桥梁工程。
很多国家制定了圆钢管混凝土的设计和施工规范或规程,如中国标准GB 50936(2014),欧洲标准EC4(1996),德国标准DIN 18800(1997),美国标准ACI 31989、SSLC(1979)和LRFD(1997),日本标准AIJ(1980,1997)。
钢管混凝土的特点主要包括:①承载力高。钢管对其内部混凝土的约束作用使混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度;钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲,使钢管混凝土的承载力高于相应的钢管承载力与混凝土承载力之和。②延性好。钢管和混凝土之间的相互作用使钢管内部混凝土的破坏由脆性破坏转变为塑性破坏,延性明显改善。③抗震性好。在动荷载或地震作用下,具有良好的延性和吸能性。
钢管混凝土研究和应用时要注意以下问题:①动力性能。钢管混凝土动力性能大都只能从滞回性能定性地得出其抗震性能好的结论,缺乏相应的理论推导,尚未形成可供规范使用的计算理论和设计公式。为了合理且安全地在地震区推广钢管混凝土,必须深入地研究其动力特性,尤其是对于高层结构。②结构设计。为满足构造的合理性、工程的实践性,应避免截面配置不合理,材料强度不匹配等问题,防止局部失稳。设计矩形钢管混凝土构件必须满足截面尺寸及高宽比、钢管壁宽厚比、管内混凝土受压的工作承担系数等方面的构造要求,以达到优化设计的目的。③刚度。由于对钢管混凝土变形测试存在着不同理解,对其刚度存在不同的认识,缺乏统一的理论计算公式,确定合理的刚度计算方法是进行钢管混凝土构架、框架等受力分析的重要基础。