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摘要：钢管混凝土作为一种新型材料已经广泛的应用于土木工程领域。随着钢管混凝土的发展和研究的不断深入，现已开始逐步使用空心钢管混凝土。空心钢管混凝土不仅可以节省材料，同时也满足稳定性和强度要求，现已广泛的应用于输电变电工程中。本文分别对钢管混凝土的工程现状、钢管混凝土存在的问题和难点，以及钢管混凝土的的创新成果等分别进行展开描述。
关键词：钢管混凝土；空心钢管混凝土；
Abstract: the steel pipe concrete as a new material has been widely used in the field of civil engineering. With the development of concrete filled steel tubes and the deepening of the research, is now gradually the use of hollow concrete filled steel tube. Hollow steel pipe concrete not only can save material, but also meet the stability and strength requirements, is now widely used in the transmission substation engineering. Based on the concrete filled steel tube, steel tube concrete project current situation existing problems and difficulties, and the steel pipe concrete innovations were described as mounted.
Key words: concrete; hollow concrete filled steel tube;
中图分类号：TU511.3+7 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
一、钢管混凝土工程现状
1)什么是钢管混凝土
钢管混凝土(concret-filled steel tube)是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，按截面形式不同，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。钢管混凝土构件的内部混凝土与外包钢管形成整体，共同受力，其受力性能优于2种材料性能的简单叠加。在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土后，随着轴心受压荷载的增大，核心混凝土的泊松比μc逐渐超过了钢管的泊松比μs，两者之间产生了渐增的相互作用力，使得核心混凝土处于3向受压状态，延缓了受压时的纵向开裂，从而使钢管混凝土具有很高的承载力，大大高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。将混凝土灌入钢管中形成钢管混凝土，核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时具有很大的塑性变形与钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工简便，因管内无钢筋，浇灌容易，振捣密实与钢结构构件相比，钢管混凝土的构造通常比钢结构构件简单，焊缝少，易于制作。
近20年来，钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中，随着建筑物高度的增加，钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土;混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土;混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。钢管混凝土结构与传统结构进行经济对比分析，在造价、耗材、施工等各方面的综合经济效益显著。特别是钢管高强和超高强混凝土结构在高层或超高层建筑中有广阔的应用前景。
2) 存在的问题
从钢管混凝土的使用量来看，数量有限，还仅限于柱、桥墩、拱架等部位，少有使用钢管混凝土梁的先例。这是因为梁一般都做成矩形，但矩形钢管混凝土的受力比较复杂，而且构造要求繁琐，经济效益不佳。
从结构构件连接来看，当钢管混凝土柱与混凝土梁连接时，必须借助于柱上的牛腿和加强板。如果与柱连接的梁较多且不在同一标高时，就会有许多的牛腿和加强板。如果采用明牛腿可能会在美观上受到影响;如果用暗牛腿，又会或多或少地给浇灌混凝土带来不便，影响施工进度。当钢管混凝土柱与无梁盖连接时，尤其是采用升板法施工时，板与柱的连接构造是相当复杂的，也会直接影响施工进度。
二、研究的创新点和成果
1) 理论方面的突破
自20世纪80年代末期开始，由于当时广泛采用的预应力钢筋混凝土送变电杆塔普遍出现了纵向裂缝，严重影响了电力工程的安全运行，如把混凝土杆塔改为钢结构，用钢量太大，投资过大。由此，空心钢管混凝土杆塔应运而生，得到了广泛的采用。在全国范围内普遍得到推广应用，建设了不少空心钢管混凝土杆塔结构。
2) 设计规范方面的修订
空心鋼管混凝土轴压构件的抗压强度设计值可按式(1)计算：
式(1)对实心和空心构件及各种截面构件都适用，只是系数B和C及k1不同，对实心截面fc不提高10%。式中的套箍系数对不同截面形式取各自的值。这里设计套箍系数θho=α0f/(1·1fc)，其中:α0=α/(1-Ψ)，为空心截面的含钢率;α为所对应的实心截面的含钢率;Ψ为空心率，即空心面积与混凝土面积加空心面积之和的比值。f和fc分别是钢材和混凝土的抗压强度设计值。
圆形截面时，式中的系数B和C为:
圆形和十六边形，取k1=0.6；八边形，取k1=0.32；四边形，取k1=0.225。
3) 社会意义
空心钢管混凝土是在钢管中放人一定量的混凝土，采用旋转法，使管内混凝土因离心力的作用，紧贴钢管内壁，并用蒸气养生，形成中部空心的钢管混凝土构件，因而又称离心钢管混凝土。和实心钢管混凝土相比，具有节约混凝土、自重轻、可预制。因而特别适合于输变电工程中的使用，可在工厂中预制，运至现场组装。尤其对跨越满山遍野的输电线路更为适用，因而发展十分迅速，已较普遍地在输变电线路中得到采用，如辽宁、浙江、北京、天津、河南及云南等地。
4) 经济效益
既有钢结构的优点，自重小、运输和架设方便；又具有混凝土结构的优点，保护钢管内壁，提高钢管的稳定性和抗锈蚀性。用于荷载较大的220kv及以上的输变电工程的杆塔结构，如终端塔、转角塔或耐张塔等，及大跨越高塔结构中，在节省钢材水泥和降低工程造价方面均具有十分明显的效益。
220kv及以下的输变电工程的杆塔结构，其耗钢量和混凝土用量和钢筋混凝土结构比，可省钢10%左右，节约混凝上40%左右，自重减轻40%～50%，而造价基本持平或降低5%～10%。
不存在混凝土开裂问题，提高结构的可靠性，延长使用寿命。同时抗震性能和抗冲击能力远优于钢筋混凝土结构。
三、研究的结论和应用
1) 研究的创新成果
在我国空心钢管混凝土杆塔已从圆形发展到方形和多边形，以及变径等新型式，理论研究工作也正在不断深入中。近年来,由于生产的发展,除圆形截面外,还采用了四边形、八边形和十六边形空心钢管混凝土构件。
3) 研究的成果的运用
萧山发电厂
110KV升压站的构架高16m，构架柱采用空心钢管混凝土Ф168×3-30和Ф219×3-30。和同类型钢筋混凝土柱构架相比，节省钢材28.3%，节省混凝土50%，降低造价约5%。
220KV升压站的构架高14.5m，采用空心钢管混凝土柱Ф219×3-30。和同类型钢筋混凝土柱构架相比，节省钢材26.5%，节省混凝土61.1%，降低造价7.4%左右。
220KV欧江大跨越高塔
浙江温州瓯江分南江和北江两个跨江段，南江的二座跨越塔高巧159m，北江的二座跨越塔高131.5m。为4m×4m的格构式塔身，主杆采用空心钢管混凝土Ф325×5-35(南江)和Ф245×4-30(北江)，共计4座塔和钢塔相比，共节省钢材63.2t(45.67%)，节约投资27.78万元(40%)。
参考文献
[1]钟善桐.钢管混凝土结构研究新进展——《空心钢管混凝土结构设计技术规程》简介[J].钢结构，2009，(5)
[2]周俐俐,张志强.钢管混凝土结构的现存问题和应用前景[J].西南工学院学报, 2002 (2)
[3]王文达,朱彦鹏.钢管混凝土结构研究及应用的关键技术[J].甘肃工业大学学报,2003,3.
[4]中国工程建设标准化协会标准，《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS 28:90），中国计划出版社，1990
[5]国家建筑材料工业局标准，《钢管混凝土结构设计与施工规程》（JCJ 01-89），同济大学出版社，1989
关键词：钢管混凝土；空心钢管混凝土；
Abstract: the steel pipe concrete as a new material has been widely used in the field of civil engineering. With the development of concrete filled steel tubes and the deepening of the research, is now gradually the use of hollow concrete filled steel tube. Hollow steel pipe concrete not only can save material, but also meet the stability and strength requirements, is now widely used in the transmission substation engineering. Based on the concrete filled steel tube, steel tube concrete project current situation existing problems and difficulties, and the steel pipe concrete innovations were described as mounted.
Key words: concrete; hollow concrete filled steel tube;
中图分类号：TU511.3+7 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）
一、钢管混凝土工程现状
1)什么是钢管混凝土
钢管混凝土(concret-filled steel tube)是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，按截面形式不同，分为方钢管混凝土、圆钢管混凝土和多边形钢管混凝土。钢管混凝土构件的内部混凝土与外包钢管形成整体，共同受力，其受力性能优于2种材料性能的简单叠加。在钢管中填充混凝土形成钢管混凝土后，随着轴心受压荷载的增大，核心混凝土的泊松比μc逐渐超过了钢管的泊松比μs，两者之间产生了渐增的相互作用力，使得核心混凝土处于3向受压状态，延缓了受压时的纵向开裂，从而使钢管混凝土具有很高的承载力，大大高于组成钢管混凝土的钢管和核心混凝土单独承载力之和。将混凝土灌入钢管中形成钢管混凝土，核心混凝土在钢管的约束下，不但在使用阶段改善了它的弹性性质，而且在破坏时具有很大的塑性变形与钢筋混凝土柱相比，采用钢管混凝土柱没有绑扎钢筋、支模和拆模等工序，施工简便，因管内无钢筋，浇灌容易，振捣密实与钢结构构件相比，钢管混凝土的构造通常比钢结构构件简单，焊缝少，易于制作。
近20年来，钢管混凝土结构逐渐被应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中，随着建筑物高度的增加，钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土;混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土;混凝土强度等级在C100以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。钢管混凝土结构与传统结构进行经济对比分析，在造价、耗材、施工等各方面的综合经济效益显著。特别是钢管高强和超高强混凝土结构在高层或超高层建筑中有广阔的应用前景。
2) 存在的问题
从钢管混凝土的使用量来看，数量有限，还仅限于柱、桥墩、拱架等部位，少有使用钢管混凝土梁的先例。这是因为梁一般都做成矩形，但矩形钢管混凝土的受力比较复杂，而且构造要求繁琐，经济效益不佳。
从结构构件连接来看，当钢管混凝土柱与混凝土梁连接时，必须借助于柱上的牛腿和加强板。如果与柱连接的梁较多且不在同一标高时，就会有许多的牛腿和加强板。如果采用明牛腿可能会在美观上受到影响;如果用暗牛腿，又会或多或少地给浇灌混凝土带来不便，影响施工进度。当钢管混凝土柱与无梁盖连接时，尤其是采用升板法施工时，板与柱的连接构造是相当复杂的，也会直接影响施工进度。
二、研究的创新点和成果
1) 理论方面的突破
自20世纪80年代末期开始，由于当时广泛采用的预应力钢筋混凝土送变电杆塔普遍出现了纵向裂缝，严重影响了电力工程的安全运行，如把混凝土杆塔改为钢结构，用钢量太大，投资过大。由此，空心钢管混凝土杆塔应运而生，得到了广泛的采用。在全国范围内普遍得到推广应用，建设了不少空心钢管混凝土杆塔结构。
2) 设计规范方面的修订
空心鋼管混凝土轴压构件的抗压强度设计值可按式(1)计算：
式(1)对实心和空心构件及各种截面构件都适用，只是系数B和C及k1不同，对实心截面fc不提高10%。式中的套箍系数对不同截面形式取各自的值。这里设计套箍系数θho=α0f/(1·1fc)，其中:α0=α/(1-Ψ)，为空心截面的含钢率;α为所对应的实心截面的含钢率;Ψ为空心率，即空心面积与混凝土面积加空心面积之和的比值。f和fc分别是钢材和混凝土的抗压强度设计值。
圆形截面时，式中的系数B和C为:
圆形和十六边形，取k1=0.6；八边形，取k1=0.32；四边形，取k1=0.225。
3) 社会意义
空心钢管混凝土是在钢管中放人一定量的混凝土，采用旋转法，使管内混凝土因离心力的作用，紧贴钢管内壁，并用蒸气养生，形成中部空心的钢管混凝土构件，因而又称离心钢管混凝土。和实心钢管混凝土相比，具有节约混凝土、自重轻、可预制。因而特别适合于输变电工程中的使用，可在工厂中预制，运至现场组装。尤其对跨越满山遍野的输电线路更为适用，因而发展十分迅速，已较普遍地在输变电线路中得到采用，如辽宁、浙江、北京、天津、河南及云南等地。
4) 经济效益
既有钢结构的优点，自重小、运输和架设方便；又具有混凝土结构的优点，保护钢管内壁，提高钢管的稳定性和抗锈蚀性。用于荷载较大的220kv及以上的输变电工程的杆塔结构，如终端塔、转角塔或耐张塔等，及大跨越高塔结构中，在节省钢材水泥和降低工程造价方面均具有十分明显的效益。
220kv及以下的输变电工程的杆塔结构，其耗钢量和混凝土用量和钢筋混凝土结构比，可省钢10%左右，节约混凝上40%左右，自重减轻40%～50%，而造价基本持平或降低5%～10%。
不存在混凝土开裂问题，提高结构的可靠性，延长使用寿命。同时抗震性能和抗冲击能力远优于钢筋混凝土结构。
三、研究的结论和应用
1) 研究的创新成果
在我国空心钢管混凝土杆塔已从圆形发展到方形和多边形，以及变径等新型式，理论研究工作也正在不断深入中。近年来,由于生产的发展,除圆形截面外,还采用了四边形、八边形和十六边形空心钢管混凝土构件。
3) 研究的成果的运用
萧山发电厂
110KV升压站的构架高16m，构架柱采用空心钢管混凝土Ф168×3-30和Ф219×3-30。和同类型钢筋混凝土柱构架相比，节省钢材28.3%，节省混凝土50%，降低造价约5%。
220KV升压站的构架高14.5m，采用空心钢管混凝土柱Ф219×3-30。和同类型钢筋混凝土柱构架相比，节省钢材26.5%，节省混凝土61.1%，降低造价7.4%左右。
220KV欧江大跨越高塔
浙江温州瓯江分南江和北江两个跨江段，南江的二座跨越塔高巧159m，北江的二座跨越塔高131.5m。为4m×4m的格构式塔身，主杆采用空心钢管混凝土Ф325×5-35(南江)和Ф245×4-30(北江)，共计4座塔和钢塔相比，共节省钢材63.2t(45.67%)，节约投资27.78万元(40%)。
参考文献
[1]钟善桐.钢管混凝土结构研究新进展——《空心钢管混凝土结构设计技术规程》简介[J].钢结构，2009，(5)
[2]周俐俐,张志强.钢管混凝土结构的现存问题和应用前景[J].西南工学院学报, 2002 (2)
[3]王文达,朱彦鹏.钢管混凝土结构研究及应用的关键技术[J].甘肃工业大学学报,2003,3.
[4]中国工程建设标准化协会标准，《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS 28:90），中国计划出版社，1990
[5]国家建筑材料工业局标准，《钢管混凝土结构设计与施工规程》（JCJ 01-89），同济大学出版社，1989