广州大学土木工程学院 广东广州 510006
摘要：本文简述了钢管混凝土结构的发展状况，结合高强钢材及高强混凝土各自的特点及应用状况来论述高强方钢管高强混凝土组合结构的研究意义，预测未来的发展前景和需要进一步解决的问题。
关键词：钢管混凝土；高强钢材；结构稳定性
绪论
钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，是在劲性钢筋混凝土结构、螺旋配筋混凝土结构以及钢管结构的基础_上发展而来的。根据不同的截面形式，可分为：圆钢管混凝土、方钢管混凝土、矩形钢管混凝土和多边形钢管混凝土等。方钢管混凝土相对圆钢管混凝土截面刚度更大及梁柱节点容易处理，在欧美、日本和澳大利亚等国得到了较为广泛的应用，并对包括普通方管混凝土、方钢管高强混凝土、高强方管混凝土进行了较深入的研究。随着高强材料的发展与应用，其应用在钢管混凝土中已成为发展的必然趋势。高强混凝土相对于普通强度混凝土具有更高的强度与刚度，延性相对较差；高强钢材相对普通钢材具屈服强度更高而延性较差。高强钢管高强混凝土的组合作用使得高强钢管的刚度与抗局部屈曲的性能有所提高，高强混凝土的延性也会显著改善，对高强钢管高强混凝土的相关研究是必要的。
随着新的钢材生产工艺的发展开发的高强钢材（一般指屈服强度标准值大于460MPa的钢材），具有良好可焊性能和韧性等特点，在结构受力性能、建筑使用功能以及社会经济和环保效益等方面具有显著优势，不仅能够进一步提高结构的安全性和可靠性，而且可以创造更大的建筑使用空间、实现更灵活的建筑表现，同时能够节约建筑工程总成本，降低能耗和不可再生资源消耗量以及碳排放量，符合我国可持续发展战略，并已经在建筑工程中得到了广泛的应用。
研究现状：随着钢材性能逐渐发展，高强钢在混凝土中的随着钢材性能逐渐发展，高强钢在混凝土中的应用成为国内外备受关注的课题。但对高强钢管混凝土柱的研究并不多见。
2007年，尧国皇[1]等运用数值计算方法，分析了高强钢管混凝土压弯构件的荷载－位移曲线，计算结果与试验结果非常接近。Gardner和Jacobson[2]对12个高强圆钢管混凝土进行轴心受压试验研究，其中，高强钢管的强度为495MPa。Knowles和Park[3]对6个高强圆钢管混凝土进行轴心受压试验分析，其中，高强钢管的强度为482MPa。HIvengar[2]进行了20个高强圆钢管混凝土轴压试验研究，其中，高强钢管的强度为452～682MPa。Masuo等[4]进行了10个高强圆钢管混凝土轴压试验研究，其中，高强钢管的强度为461～505MPa。Kato[2]对5个高强方钢管混凝土进行轴压试验研究，其中，高强钢管的强度为477～767MPa。Nishiyama等[2]进行了24个高强圆钢管混凝土和38个高强方钢管混凝土构件的试验研究，其中，高强圆钢管的强度为507～853MPa，高强方钢管的强度为618～835MPa。Liu[1]对4个高强矩形钢管混凝土纯弯构件进行试验研究，其中，高强钢管的强度为495MPa。
以上关于高强钢管混凝土的研究虽然采用了高强钢，但是依然存在不足之处：有的研究人员仅做一个轴压试验，无法对比，结果存在偶然误差；还有些研究人员采用强度不同的高强钢进行试验，不能保证每个构件试验结果的可靠性；另外构件虽然采用高强钢制作，但是壁厚较小，承载力相对而言不大，与实际高层建筑中应用的构件差异较大。本文基于某800m高层建筑钢结构风光发电塔楼方案，采用同种高强钢，制作3个钢管混凝土柱，进行对比试验，能够保证结果的准确度；而且高强钢管的壁厚约为16mm，需要4000t的压力机进行试验。因此，该研究将对壁厚较厚的高强钢管混凝土研究有重要意义。
一、高强钢材的工程应用
高强钢材的轻质高强的特点使得其在许多工程中建筑及桥梁中得以应用，使建筑物创造更多的净使用空间，这点在多高层建筑中体现的尤为明显。位于德国的SonyCentre大楼，由于要保护一座古老的砌体建筑而将大楼的部分楼层悬挂于屋顶桁架上，方形截面桁架杆要承受较大的轴力，出于减小桁架杆尺寸的考虑，采用了S460和S690高强钢材。
高强度钢材也在钢与混凝土组合结构中也得到了应用，悉尼的GrosvenorPlace大楼和位于珀斯的CentralPark大楼均建于1989年，采用了690MPa高强钢-混凝土组合柱，柱截面见图422；GrosvenorPlace大楼共44层180m高，为了节约空间用做停车位，大楼的最底层有三根边柱合在了--起，在这三根柱中应用了高强度钢材。
二、高强混凝土的发展、特点及应用
在我国抗压强度等级高于C60的混凝土即属于高强混凝土，是在普通混凝土制作工艺的基础上，通过添加高效减水剂和活性矿物原料，使混凝土在硬化后具有高强高密实性，从而提高了混凝土材料的力学性能（主要是指强度），其高强度的特点可减小构件截面增加使用面积及减少构件重量，这一特点在高层建筑、地下工程和大跨结构的支柱等，效果十分显著。位于沈阳的辽宁省工业技术交流馆，建筑高度达到62m，是在国内最早应用现浇高强混凝土的高层建筑，由于下部的12层柱子采用C60混凝土，使得比原设计的C30混凝土减少柱截面积56%，在增加了建筑使用面积基础上，减少了材料及施工的成本，经济效益非常突出。
高强混凝土比较广泛应用在整体现浇结构、预应力混凝土结构等等，典型的例子为目前世界上用钢筋混凝土结构承重的最高房屋建筑即位于美国芝加哥的建筑高度为295m的SouthWaker大厦，采用了后张预应力体系楼层，混凝土强度等级C70和C60，底层柱采用相当于我国的C95的混凝土。高强混凝土的延性差等缺点使得其应用在钢筋混凝土结构中很难满足更，高强度混凝土的延性指标需求，而高强混凝土应用在钢管混凝土中可以在保持强度高的基础上减小构件截面面积来增加使用面积及材料成本，兼顾了方便施工的优点，钢管的约束作用使得延性不足的问题也很好的得到了改善，这些都使得高强混凝土广泛应用于钢管混凝土中。
对于超高强混凝土（C100以上的）研究在国内已经开展近十五年，谭克锋、余志武等学者对超高强混凝土的原材料选择，组成配比，微观结构、抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量及本构关系等进行了较为深入的实验研究，与钢材结合而成的钢管超高强混凝土的研究也有相关的报道，这些都为以后的高强方钢管高强混凝土研究提供了很多的理论及实验参考。
三、结论与展望
高强钢管混凝土柱的承载力比较大，需要大吨位的压力机，因此，关于高强钢管混凝土柱轴压试验较少。本文通过4000t压力机下550MPa高强钢管混凝土柱轴压试验，得到如下结论：1）3根高强钢管混凝土短柱轴压破坏形态相近，均在柱子两端出现鼓翘，柱子中部出现“大肚子”现象。2）荷载－位移曲线走向趋势一致。在加载初期，均呈线性变化；荷载－位移曲线有明显的极值点，越过极值点后承载力先下降然后缓慢上升。试验得到的极限承载力均接近30000kN。
普通钢管混凝土、钢管高强混凝土以及高强钢管混凝土的相关研究已经开展并趋于完善，而在高强方钢管高强混凝土这-领域国内的相关的研究还不完善，因此需要在以往的研究的基础上填补并完善这--领域的理论体系，笔者认为未来需要解决的问题有：
（1）对各类型高强方钢管高强混凝土柱进行实验研究。
（2）分析实验结果，验证已有本构及承载力公式对高强组合构件的适用性并进行必要的修正。
（3）进一步研究各种节点应用在高强方钢管高强混凝土柱上的性能。
（4）研究并解决配套的建筑结构构件对应用高强方钢管高强混凝土柱建筑的适用性。
（5）利用其它结构构造措施来进一步优化其应用的建筑的整体性能。
参考文献：
[1] 尧国皇，韩林海 高强钢管混凝土构件承载力计算方法初探[J] 工业建筑，2007：88，96-99
[2] 谢玉芳 高强钢管混凝土柱研究现状[J] 山西建筑，2014：40-41
[3] 徐礼华 钢管自应力自密实高强混凝土短柱轴心受压承载力试验研究 [J] 建筑科学与工程，2017失：98-105