钢管混凝土结构：理论与实践

《钢管混凝土结构：理论与实践（第三版）》通过介绍典型工程实例，阐述钢管混凝土在工程实践中的应用概况，以及这种结构的基本特点及其工程应用的可能形式，其中重点阐述在圆形和方、矩形钢管内部填充实心混凝土而形成的钢管混凝土构件。以构建基于全寿命周期的钢管混凝土结构设计理论为目标，《钢管混凝土结构：理论与实践（第三版）》研究了钢管混凝土构件在压（拉）、弯、扭、剪及其复合受力状态下的力学实质，论述了钢管混凝土基本构件在长期荷载、往复荷载和火灾作用下以及火灾作用后的工作机理，提出了基于理论和试验研究及参数分析结果所导出的实用设计方法。《钢管混凝土结构：理论与实践（第三版）》还阐述了钢管混凝土结构构件的一些关键技术问题，如受轴向局压荷载时的力学性能、施工阶段钢管初应力的限值、核心混凝土的水化热和收缩及混凝土浇筑质量的影响规律、钢管及其核心混凝土间的粘结性能、氯离子腐蚀环境下以及撞击荷载作用下钢管混凝土设计原理。

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成且钢管及其核心混凝土能共同承受外荷载作用的结构构件，最常见的截面形式有圆形和方、矩形，也可采用多边形和椭圆形等。钢管混凝土中的钢管成型方式有热轧、冷弯或焊接，钢管可采用普通钢材、高强钢材或不锈钢等；钢管内可浇灌普通混凝土、高强度混凝土、自密实混凝土或纤维混凝土等。一般而言，“狭义”的钢管混凝土由外围单层钢管和其内部的实心混凝土共同组成；“广义”的钢管混凝土形式有中空夹层钢管混凝土、钢管混凝土叠合柱、内置型钢或钢筋的钢管混凝土和薄壁钢管混凝土等，此外还包括复合式钢管混凝土（一般由多根“狭义”或“广义”的钢管混凝土构件组合而成），如钢管混凝土桁架、格构式钢管混凝土结构等。本书专门论述在圆形和方、矩形钢管内部填充实心混凝土而形成的钢管混凝土构件。

因地制宜、科学地使用钢管混凝土，可满足有关工程结构向大跨、高耸、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。钢管混凝土结构因在受力和施工建造等方面的高性能而得到工程界的青睐。作者适逢国家建筑业快速发展的机遇，对钢管混凝土结构设计理论的系列关键问题进行了研究。2000年在科学出版社出版《钢管混凝士结构》；2004年该书修订；2007年完成该书第二版，根据研究进展纳入了不同截面形状（圆形和方、矩形）的钢管混凝土构件在压（拉）、弯、扭、剪及其复合受力状态下的工作机理、受轴向局压荷载时的力学性能，以及考虑火灾全过程时钢管混凝土构件的研究等成果；此外，还纳入了核心混凝土的水化热、收缩及徐变影响规律的研究结果等。第二版的出版得到有关研究者和工程技术人员的关注，并被大量引用；有关成果和方法还先后被推广应用于采用钢管混凝土的高层建筑和拱桥工程实践，以及新型钢管混凝土结构的研究中。近年来颁布的一些有关工程建设标准也采纳了该书的成果，如中国工程建设协会标准CECS261：2009、CECS28：2012；国家电网公司企业标准Q／GDW11136-2013：辽宁省DB21/T1746-2009、福建省DBJ/T13-51-2010、浙江省Q/GW11352-2012-10204和四川省DB51/T1992-2015等十余部地方工程建设标准；住房与城乡建设部行业标准JGJ/T249-2011；中华人民共和国行业推荐性标准JTG/TD65-06-2015；国家规范GB50016-2014和GB50923-2013等。本次对该书第二版再版，进一步完善了钢管混凝土结构理论与应用研究框架，补充了典型工程实例（第2章），结合作者领导的课题组近年来在钢管混凝土结构研究方面的最新进展，在原书研究成果的基础上补充了钢管混凝土在轴拉、拉弯及剪切荷载作用下的研究结果（第3章和第4章），使钢管混凝土构件在压（拉）、弯、扭、剪及其复合受力状态下的理论体系更加完善。

近年来，钢管混凝土在近海工程结构中的应用逐渐增多，开展该类构件在荷载和氯离子腐蚀环境共同作用下的工作机理研究，是进行有关结构设计的重要基础。本书新增加的第11章中专门论述有关理论分析和试验研究成果。考虑荷载和氯离子腐蚀的共同作用，对钢管混凝土构件的受力全过程进行了分析，在此基础上提供了承载力实用计算方法，构建了能综合考虑长期荷载和氯离子腐蚀共同作用下钢管混凝土结构工作机理研究的基本框架。

撞击是一些工程结构在服役中可能遭遇的一种意外荷载作用，如高层建筑和桥梁遭受各种撞击等。撞击作用会造成结构损伤甚至严重破坏。本书第12章以受横向撞击的钢管混凝土构件为对象，通过理论分析和试验研究了该类结构的抗撞击性能，分析了各主要参数的影响规律，给出了钢管混凝土构件抗撞击设计方法。该章中还分析了长期荷载、氯离子腐蚀作用和撞击荷载耦合对钢管混凝土柱承载能力的影响规律。

钢管混凝土的推广，需要精心设计和施工，实现从材料制备、结构加工制作到质量检测检验“三位一体”的过程控制。核心混凝土浇筑缺陷的影响一直是工程界关注的问题，有关研究者和工程技术人员共同努力，不断澄清和解决发展中的问题，同时也积累了宝贵的工程经验，为进一步促进钢管混凝土结构的合理推广应用创造了条件。基于对工程中可能出现的均匀脱空和球冠形脱空形式的分析，本书第13章通过数值分析和试验研究，开展了定量化研究工作。该章还论述了“三位一体”的核心混凝土质量过程控制理念在典型实际钢管混凝土工程中的应用情况。

众所周知，工程结构的全寿命周期包括设计、施工、运营和维护等环节，其安全性和耐久性会影响到可持续城镇化建设过程中的环境、材料、信息、能源、经济、管理和社会等多个方面。系统研究基于全寿命周期的钢管混凝土结构理论具有重要的理论和现实意义。基于全寿命周期的钢管混凝土结构设计理论内容总体可概述为：①全寿命周期服役过程中钢管混凝土结构在遭受可能导致灾害的荷载（如强烈地震、火灾和撞击等）作用下的分析理论，以及考虑各种荷载作用相互耦合的分析方法；②综合考虑施工因素（如钢管制作和核心混凝土浇灌等）、长期荷载（如混凝土收缩和徐变）与环境作用影响（如氯离子腐蚀等）的钢管混凝土结构分析理论；③基于全寿命周期的钢管混凝土结构设计原理和设计方法。近20年来，作者领导的课题组紧紧围绕上述内容开展了有关钢管混凝土结构的基础研究工作，本书实际上综合阐述了这些阶段性工作成果。