预应力钢管混凝土结构的应用研究
【摘 要】在当前的社会发展中，一些新技术、新设备不断涌现，并逐渐应用在建筑工程施工当中。预应力钢管混凝土结构也就是将预应力技术、钢管混凝土以及钢结构三种技术的特点有机的结合起来而形成的一种新的结构体系。一般来说，这种结构体系不仅能够应用在大跨度工程、结构复杂的工程当中，还能够在恶劣环境之下对建筑工程进行施工。这种结构体系具有施工简便、投入成本低等优点，它能够促进建筑结构向大跨度建筑方向发展。本文呢就预应力钢管混凝土结构的应用进行研究，以供参考。
【关键词】预应力；钢管混凝土；空间结构；应用；发展方向
在当前的社会发展中，多层、高层建筑以及一些特殊结构的工程不断涌现，加快了城市化的进程，在这些建筑工程施工过程中，施工人员往往会将钢管混凝土结构应用在其中，并且取得了非常好施工效果。但是由于钢管混凝土结构的抗压承载力较大，具有塑性与韧性等特点，因此我们只能够将其应用在柱的施工当中。就算将其作为柱进行施工，如果其长细比大于90，那么同样会导致钢管混凝土出现失稳的现象，这就无法充分发挥其特点，甚至丧失。因此，我们应该怎样将其更好的应用在建筑工程当中。根据相关研究者的研究发现，我们可以将钢管混凝土的特点与预应力技术的特点相结构，从而形成一种新的结构体系，这也就能够在建筑工程中得到广泛的应用。
1.预应力钢筋混凝土结构的优点
由于预应力钢筋混凝土结构是将预应力技术与钢筋混凝土结构相结合而形成的一种新的结构体系，因此它具有预应力技术的优点以及钢筋混凝土结构的优点，除此之外，它还具有以下几点优点：（1）在建筑工程施工过程中，通过预应力技术可以将建筑物的荷载进行一定的传递，避免建筑物的变形；（2）可以在一些内力较大的杆件上施加一定的预应力，以此来分担建筑工程中某一部分的内力；（3）施工人员可以对桁架或者钢网架施加一定的预应力，这样可以调整建筑结构的内力，使其受力更加均匀；（4）通过预应力钢管混凝土结构可以有效的提高结构的刚度与振动频率，提高建筑结构的承载力，防止建筑结构变形。
我们将预应力网架与普通网架进行初步对比发现，预应力网架具有明显的优越性，通过它能够有效的节约钢材与成本；我们再将预应力钢管混凝土空闻桁架与普通钢屋架相对比，结果发现，前者比后者节约的钢材为60～70%，成本费用节约了40～55%。
2.预应力钢管混凝土结构的形式以及种类
2.1预应力钢管混凝土的分类
首先，根据预应力钢管混凝土的截面形式分类可以将其分为圆铜管混凝土、方钢管混凝土、空心钢管混凝土以及多边形钢管混凝土三种类型。其中圆钢管混凝土是建筑工程中最为常见的一种。在其施工过程中，我们只需要在管内浇筑一定的素混凝土，而不需要在其中配置相应的钢筋，正因为施工简便，因此受到相关研究者的广泛关注。
其次，根据预应力钢筋混凝土的结构形式可以将其分为单截面构件式、复合结构式以及预应力组合式等。
最后，根据预应力钢筋混凝土的内填混凝土的种类可以将其分为以下几种类型，主要包括普通钢管混凝土、轻骨料钢管混凝土、高强钢管混凝土等。
2.2预应力钢管混凝土的形式
（1）首先，我们需要将预应力筋直接放置到钢管内，并且在其中加入适量的内隔板或者混凝土，使之成为一个预应力钢管混凝土的上构件。通过该构件不仅能够有效的提高其抗压能力，还能够提高其抗拉能力。施工人员一般将其构件应用在轴压构件当中。其次，我们需要将这一构件当做预应力钢管混凝土的芯柱，然后将其配置在量的受压区域，这样可以有效的提高抗弯能力，并且可以改善其延伸性。如果我们将这一构件应用在高层建筑当做作为柱，可以有效的提高整个建筑物的刚度以及稳定性。
为方便施工，常将预应力筋放于管外，形成撑扦式预应力钢管混凝上柱。施加预应力束后，撑杆对构件产生扭转约束和线位移约束，从而提高其临界压力和稳定性。常用于桅杆结构中，如电视塔、玻璃幕墙承重骨架的竖向压杆等。
（2）当构件承受弯矩时，可根据弯矩分布图形，配置曲线（偏心直线）预应力束，就像普通预应力混凝土结构一样。若弯矩较大或为方便施工，可将预应力束配置在体外。配束的原则是获得最大的反向弯矩及最小的轴向压力。理论上虽可使钢管混凝土受弯构件变成轴心受压构件.但一般很难完全抵消外弯矩，故只能使构件由受弯改变为压弯构件.充分利用钢管混凝土的受压特性和预应力束的高强抗拉特性，获得良好的经济效益。
（3）拱架结构。拱架结构的拱主要承受轴向压力，当跨度较大和荷载较重时采用钢管混凝土是十分合理的。若结合平面转体施工法或钢束吊挂施工法，可充分发挥钢管混凝土的优点，将结构用钢与施工用钢统一起来.解决了施工时的结构强度和刚度之间的矛盾：在拱架的下弦配置高强预应力束.与压拱组成无推力（或小推）拱架结掏体系，做成内超静定外静定的结构。
（4）平面桁架中的上下弦。大跨度或重载的桁架结构中.上弦为压杆，下弦为拉杆.是主要的控制截面、一般桁架的高度为跨度的1/4～1/6，用很大的高度满足变形刚度的控制要求。
根据预应力钢结构的概念，可在局部或F弦部位设置高强预应力束并张拉，同时上弦杆内浇筑高性能混凝土，形成预应力钢管混凝土桁架，可提高其竖向承载力，减少变形并降低桁架的矢高.达到节约造价、降低层高、增强耐久性和防止压杆失稳等目的。
节点连接以采用相贯节点为佳，但存在的问题是相贯线加工和焊接技术难度大，会增加造价；节点上受力复杂，节点的受力不单纯靠钢管壁传力，而是钢按钢结构传力，混凝土按混凝土传力，使节点强度增强。
（5）空间体系中的压杆。将平面问题推广至空间体系中，自然形成了预应力钢管混凝土空间结构体系。在大跨度和体形复杂的结构体系中，钢管结构占有绝对的优势。纵观国内外大型大跨度建筑，基本均采用空间钢管桁架结构外盖轻屋面材料。这种体系中顶应力束有着十分良好的效果和作用。
（6）预应力钢管轻混凝土结构。为降低结构自重，可在管内灌筑轻质高强混凝土，形成预应力钢管轻混凝土结构。一般灌筑煤矸石混凝土或陶粒混凝土或浮石混凝土，其自重约为普通混凝土的一半。
3.结束语
预应力钢管混凝士结构是现代结构今后发展的重要方向。通过对它的深入研究，可搞清预应力钢管混凝土结构的受力变形特性和破坏机理.建立计算理论和设计分析方法，从而开拓这一新型复合材料组合结构的应用领域，并为预应力结构、复合材料和组合结构等计算理论增掭新的内容，可揍推动建筑结构、空间结构、桥粱结构等向大跨、大空间、重载、动载方向发展，并大幅度地简化施工和降低造价。
【参考文献】
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