塑料给水管材的开发应用--2
塑料给水管材的开发应用--2
温州市华昌物资有限公司总经理 王国兴
方钢管自密实混凝土纯弯力学性能研究
●陈求知 叶竹贞 项 敏
摘要： 通过对6根方钢管自密实混凝土纯弯试件的试验研究，考察了方钢管自密实混凝土的纯弯力学性能。采用数值计算的方法对方钢管自密实混凝土纯弯试件进行了受力全过程分析，并和实验结果进行了对比。最后将设计规程ACI(1999)、AISC-LRFD(1999)、AIJ(1997)、BS5400(1979)和DBJ13-51-2003(2003)对抗弯承载力和抗弯刚度的计算结果与方钢管自密实混凝土试验结果进行了对比。
1. 前言
钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好的特点，所以在工程实践中得到了越来越广泛的运用。自密实高性能混凝土在少振捣或不振捣的情况下就能自密实成型，对方便施工、减少噪音污染具有重要的意义。随着钢管混凝土结构在工程实践中的大量应用，对钢管混凝土结构的研究也越来越多，但是对钢管混凝土纯弯试件的研究仍然相对比较少。文献[5]对钢管混凝土抗弯性能方面的有关研究成果进行了总结，但目前对于方钢管自密实混凝土纯弯力学性能的研究还未见报导。
本文拟通过对6根方钢管自密实混凝土纯弯试件的试验研究，考察方钢管自密实混凝土纯弯力学性能，并将现有规程DBJ13-51-2003[3] 、AISC-LRFD(1999)[6], AIJ(1997)[7], BS5400(1979)[8] 和ACI(1999)[9]对抗弯承载力和抗弯刚度的计算结果与方钢管自密实混凝土的试验结果进行对比。
2. 试验概况
试验的6根方钢管自密实混凝土试件的参数，B为试件截面高度，t为钢管厚度，Lo为计算长度，实际试件长度L=1500mm。试件的剪跨比为3.5和1.75。在进行试件加工时，钢管由四块钢板拼焊而成，采用坡口焊形式，并保证焊缝质量。钢材强度由标准拉伸实验确定。平均屈服强度、抗拉强度、弹性模量及泊松比分别是282MPa、358.3MPa、2.015×105 MPa和0.263。自密实混凝土水灰比为0.293，配合比按重量比，单位为kg，用料如下：水泥：粉煤灰：砂：石：水=350：220：815：815：166.8。原料采用炼石牌42.5普通硅酸盐水泥；河砂，细度模数可在2.5-2.8之间，不应小于2.5；碎石，石子粒径5-15mm；矿物细掺料：采用福建华能电厂Ⅱ级粉煤灰；普通自来水。UNF-5早强型减水剂掺量为1%；混凝土的塌落度为270mm，铺展度600mm，流动速度19.3米/秒。浇捣混凝土时的室内温度24.2度，测得混凝土的温度26.5度。混凝土28天时的立方体抗压强度为fcu=76.7MPa，实验时fcu=81.3MPa、弹性模量Ec＝4.26×104 MPa。
混凝土浇灌时先将钢管竖立，使未焊盖板的一端位于顶部，然后从开口处灌入混凝土。采用了二种混凝土浇灌方式：①常规的分层灌入法，用ф50振捣棒伸入钢管内部进行完全振捣，在试件的底部及外部同时用振捣棒侧振； ② 混凝土自密实，未采取任何振捣。试件核心混凝土顶部与钢管上截面抹平，并在试件自然养护两周后用高强水泥砂浆修补混凝土表面与钢管表面的不平整处，然后焊上另一盖板。试验采用四分点加载方法，在每个试件中截面四个面的中部纵向及横向各贴一片电阻应变计测量应变。在支座及四分点位置各设置一个机电百分表，在跨中位置设置大行程的位移计测量试件变形。同时在试件底部还设置两个曲率仪。试验的加载及测量装置图和曲率仪示意图参见文献[2]。
3. 试验结果分析及数值计算
试验得到的试件跨中弯矩(M)－跨中挠度(um)，跨中弯矩(M)－曲率(Φ)和弯矩(M)－应变(ε)的关系曲线，可以看出：试件的受力经历了弹性变形、弹塑性变形和塑性强化三个阶段。试件跨中挠度达到L/20时，作用在试件上的外荷载还能增加，表明试件具有很好的延性。试件破坏时受压区钢管均出现数处局部外凸的现象，钢管外凸部位较均匀地分布在试件四分点与跨中之间，部分试件受拉区钢管破坏时出现撕裂。
数值计算采用文献[1] 中方钢管混凝土的钢材和混凝土的应力—应变关系及数值计算方法，对试件进行了受力全过程分析。从数值计算结果与试验结果的比较可见，数值计算结果总体上低于试验结果。除弯矩—应变的关系曲线，由于试件宽厚比较大，钢管较早出现局部屈曲，使曲线在塑性强化段有所偏差，其余的曲线两者总体上较为吻合。由此可见文献[1] 中应力—应变关系不但适用于方钢管普通混凝土，也适用于方钢管自密实混凝土的全过程数值模拟。
4. 实用计算方法比较
为了便于分析方钢管自密实混凝土纯弯试件承载力的变化规律，将试件的试验实测承载力和设计规范(规程) DBJ13-51-2003[3]、AISC-LRFD[6]、AIJ[7]、BS5400[8]、ACI[9] 的计算结果以及数值计算的结果进行了比较，结果见表1，其中Me为试验实测承载力，Mu为计算获得的承载力，极限弯矩取受拉区最大应变达到10000με时的弯矩。由表1极限承载力计算值Mu和试验实测值 Me 的比值的比较可以看出，五本规范(规程)的计算值与试验实测值相比都偏于安全。其中以 DBJ13-51-2003[3] 计算值与实测值最为接近。BS5400[8] 和 ACI[9] 计算值比实验值低 10-15% 左右，而AISC-LRFD[6] 和AIJ[7] 计算值比实测值低30%以上。
根据弯矩—曲率曲线可以确定试件的刚度。一般比较认同在弯矩 M=0.2Mu 时的抗弯刚度作为试件的初始弹性刚度，文献[2 4] 采用试件在M=0.6Mu 时的抗弯刚度作为构件的使用阶段刚度，因为此时试件受力通常处于各种外荷载组合作用下的正常使用受力状态，因此取M=0.6Mu作为试件的使用阶段抗弯刚度是合理的。为此本文取试件在 M=0.2Mu 和 M=0.6Mu 时的割线刚度作为试件初始弹性刚度和使用阶段刚度。
表2、3列出0.2Mu 和 0.6Mu 时试件抗弯刚度 K0.2和K0.6，并与DBJ13-51-2003[4]、AISC-LRFD[5]、AIJ[6] BS5400[7]、ACI[8] 及数值计算和简化模型的计算结果比较。这些规范(规程)中抗弯刚度计算方法基本是分别考虑钢管和混凝土对刚度的贡献，不同的是从混凝土对刚度贡献程度的不同考虑。简化模型计算方法见文献[1]。
由表3可以看出：方钢管自密实混凝土初始弹性刚度规范计算值与试验值相比以 DBJ13-51-2003[3]最为接近，平均值为1.07，均方差为0.435。数值计算值比试验实测值偏大，平均值为1.19，均方差为0.435。简化模型计算值比试验实测值偏小，平均值为0.84，均方差为0.029。
由表3可以看出：使用阶段刚度以 AIJ[7] 和ACI[9] 的计算值与试验实测值最为接近，平均值为0.96和0.97，均方差都为0.010。从表2和表3可看到，数值计算和简化模型的计算结果也与试验实测值吻合良好，这进一步说明，文献[1]提出的数值计算模型适用于方钢管自密实混凝土的数值计算。
5. 结论
通过上述探讨，在本文试验参数范围内，可得出如下结论：
(1) 方钢管自密实混凝土纯弯试件具有良好的截面曲率延性和后期承载力。
(2) 文献 [1] 提出的钢管混凝土数值计算模型适用于方钢管自密实混凝土的受力全过程数值模拟。
(3) DBJ13-51-2003[3]、AISC-LRFD[6]、AIJ[7]、BS5400[8] ACI[9] 计算方钢管自密实混凝土承载力时以DBJ13-51-2003[3] 的计算值与试验值最为接近。
(4) DBJ13-51-2003[3]、AISC-LRFD[6]、AIJ[7]、BS5400[8]、ACI [9] 计算方钢管自密实混凝土初始弹性抗弯刚度时，以 DBJ13-51-2003 [3] 的计算值与试验值最为接近，而在计算使用阶段抗弯刚度时以 AIJ[7] 和ACI [9] 的计算值与试验值最为接近。
石材的表面处理势在必行
●陈汉新
天然的大理石、花岗石、板石、文化石与人造石材等，因具有其特有的装饰性能——美丽的花纹图案，磨光后明亮透析的光泽度，有极强的建筑强度，较好的雕刻性，自古以来就被广泛应用于建筑物的内、外墙装饰上，是建筑史上应用较早的建筑材料之一；尤其是随着近代建筑业的迅速发展，人们生活水平的提高，楼宇建设的现代化、多样化，家居的幽雅、古朴大方，富于自然气色的装饰化，石材的应用可谓进入千家万户，无处不用，为美化我们的城乡与家居，石材业功不可没。
但任何物品使用时日年久，就必然按一定的老化率递减，逐渐陈旧、退色、风化剥落、表面凹凸不平、失光和产生病症。常见的石材病症有：水斑不干、析盐泛碱、锈斑吐黄、霜冻破坏、苔藓生长及色素污染等。产生的原因很多，归纳起来有两个方面，一是内部原因，即石材的内部结构和化学成份引起的变化；二是外部原因，即安装所用粘结材料及环境污染等因素影响。
综上所述，要想克服石材的病变，唯一的办法就是必须在加工前进行化学处理与装饰后的护理，这是我国石材加工业的建筑装饰石材应用的一大趋势。根据国内外资料，现石材的化学深加工技术成熟的归纳起来有：石材的着色（染色）技术、石材的护理与翻新技术、石材的清洗技术、石材的粘接修补与加固技术、石材的增光与研磨技术、人工石材技术等。这些适用技术以不同的手段对石材进行的前后期处理，均可达到色彩艳丽、光泽度高、经久耐用的目的。
我省在石材的表面处理与化学深加工技术方面的研究、原材料的生产配套上开展较早，且在某些领域已走在全国的前列。如浙江大学化学系物理化学研究所在1995年即开始石材着色与防护技术的研究，现已研制出石材着色、清洗、加固和防护剂的系列产品；温岭力宝化工建材有限公司在1997年开始利用法国技术生产出REPOW清洗、密封、抛光系列石材产品和方石胶、强力胶、水晶胶、强力网等产品；浙江工业大学石材工艺开发部推出了湿气固化型石材表面增光剂；杭州之江有机硅化工有限公司于1997年以来，连续生产出金鼠牌JS硅酮结构胶、硅酮中性胶、硅酮玻璃胶、GM环氧树脂干桂胶；浙江凌志化工有限公司推出的石材、建筑用胶系列产品等，在国内均已有一定的知名度，广泛用于楼宇、宾馆和家居装饰和石材企业的生产上，效果十分明显。
为提高我国石材的使用效果，重视石材加工前后的处理，以达到石材装饰性能的耐久性与企业经济效益的同步性，去年我们收集了迄今有关专家、学者、生产企业发表的论文、专著、文稿等，汇编成《论石材的表面处理及化学深加工》一书，供石材企业、商家、科研、施工建设、工程装饰、楼宇业主参考、借鉴；同时于去年11月下旬举办了我省首次石材表面处理学习班的基础上，今年上半年将首次举办石材干挂、石材表面处理学习班，以提高人们重视石材应用的表面处理技术。为把我国滞后的石材表面处理及化学深加工推上一个新的台阶，重视石材加工的前后期处理，我们期求全省石材加工企业和建筑施工、工程装饰、楼宇业主能做到：
1、重视石材表面处理与化学深加工技术的推广应用，提倡生产与科研相结合，走产、学、研的路子，以适应建筑业日新月异的发展需求。
2、省内重点生产企业在石材生产过程中，要根据不同石材材质的特点加以化学深加工预处理，在出厂板材上（包括异型材、石雕工艺制品等）标明经不同化学处理的类别，便于用户选购。
3、各石材应用单位、建设单位对应用石材装饰的楼宇、宾馆、饭店、公共场所、园林文物等的石材、石雕、工艺制品等，因使用期限长久，表面失光、污染、剥落等，很有必要进行全面清洗、护理、翻新，使石材青春永驻。
4、加强石材表面处理与化学深加工技术人才的培训，建立起一支适用的技术管理和施工队伍，以适应我省石材表面处理与化学深加工发展的需求。
超高层建筑中的钢管砼
●徐云琴 黄亦洲 徐燕子
引子： 人类建筑史上传统的结构形式主要有：木结构、砖石（砌体）结构、钢筋混凝土结构和钢结构等四类。
随着建筑科学技术的发展，近20年来又推出了第五种结构类型，即全新的钢—混凝土组合结构。该种新型建筑结构，充分发挥了钢材和混凝土的材料特性及优点，按其组合方式又可分为：钢管混凝土结构、钢—混凝土组合梁、外包钢组合结构和劲性钢筋混凝土结构等四种。它们的共同特点是：施工简便、工期短、结构性能好且大大节约建筑材料。
钢—混凝土组合结构之一的钢管混凝土（即钢管砼—CFST），就是在钢管中充填素混凝土制成的建筑构件。它具有承载力高、抗震性能好、节约钢材和施工简捷等突出优点，因而在高层和超高层建筑中得到了日益广泛的应用。其推广与发展的速度十分迅猛，并将成为21世纪高层和超高层建筑群最为实用和主要的结构形式。
一、钢管砼的结构特点
钢管砼在高层建筑工程中，主要是作为受压管柱的建筑构件使用，与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。
钢管砼柱因其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。即管柱外部包裹钢管材料，管柱内部充填混凝土材料，因钢管壁对管内混凝土形成的刚性拘束作用，防止了管内混凝土的脆性破坏。实验和理论分析证明，钢管混凝土在轴向压力作用下，钢管的轴向和径向受压而环向受拉，混凝土则三向皆受压，钢管和混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的混凝土抗压强度大大提高，同时塑性增大，其物理性能上发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料。正是这种结构力学性质的根本变化，决定了钢管砼的基本性能和特点，并作为新型的第五种建筑组合结构，显示出巨大的生命力和发展前景。
在高层建筑中，钢管砼的特征与优势如下：
1、钢管砼柱的抗压和抗剪承载力高，相当于钢管和混凝土两者之和的2倍以上；
2、钢管砼柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上，轮廓尺寸也比钢柱小，扩大了建筑物的使用空间和面积；
3、柱子截面减小，自重减小，有利于结构抗震，相当于设防烈度下降一级；
4、钢管砼柱自重减少，减轻了地基承受的荷载，相应降低了地基基础造价；
5、钢管壁薄便于选材、制造与现场焊接，是施工最为快捷的建筑结构；
6、钢管砼柱内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性优于钢柱，从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上；
7、钢管砼具有的核心混凝土三向受压特性，利于刚刚问世的C60～80高强度混凝土安全可靠地推广应用。
由于上述各项优点，采用钢管砼柱时可节省大量的建筑材料，且素混凝土无须振捣，施工方便，工期短。根据计算，与钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土60~70%，同时降低造价。若与全钢结构的钢柱相比，则可节约钢材50%，其工程造价也可降低45%。
在高层建筑设计中，钢管砼柱可以仅控制长细比而不必限制轴压比。此外因其整体性能好，还克服了普通钢结构钢柱存在的局部失稳的缺点。因此，与钢筋混凝土柱相比，截面设计可以减少60%以上。
例如，北京国际贸易中心塔楼的原结构设计由美国提供，采用的是钢筋混凝土结构，钢筋混凝土柱的截面设计尺寸为2200×2200mm，十分庞重。后改用了国内的钢管混凝土设计方案后，钢管砼柱的截面仅为φ1400×30mm，截面面积减少了2／3。
全国闻名的深圳赛格广场大厦，采用了钢管砼结构设计，其钢管砼柱最大截面仅为φ1600×28mm，若用钢筋混凝土柱，截面则应为2400×2200mm，柱截面面积减少了63%，粗略估算使整个大厦增加了使用面积八千多平方米。
显然，采用钢管砼结构的高层建筑，其经济效益非常显著。
二、钢管混凝土的发展前景与工程应用
我国在钢—混凝土组合结构的学术研究与工程应用方面，一直处于国际领先地位。1988年创立的"国际钢—混凝土组合结构合作研究协?quot;，其首届与第二届主席，即由我国的中国钢结构协会常务理事、中国钢协钢—混凝土组合结构协会理事长、博士及博士后导师、著名的建筑钢结构专家和学者、哈尔滨建筑大学钟善桐教授担任。现已82岁高龄的钟善桐教授，至今仍担任着该国际学术组织的名誉主席。
与此同时，钟善桐教授居世界领先创立了"统一理论"，并将其应用于钢管混凝土的理论研究与工程设计方面，使钢管混凝土结构演变成一个完整和独立的建筑新学科。在此基础上，提出了一整套设计公式，并就钢管混凝土柱及节点的优化设计创编了CFST软件，现已被广泛应用于工程实践当中。
钢管混凝土的实际工程应用，最早见于19世纪80年代，曾用作桥墩，以后渐渐用于建筑物支柱的建造，并且其用途日益拓宽。
20世纪50年代始，前苏联、美国、日本和欧州部分先进国家对其进行了大量的试验研究，并在一些房屋建筑和桥梁工程中得到应用。
我国钢管混凝土的研究开发始于60年代中期，首例应用为北京的地铁工程，并成功地用于"北京站"和"前门站"站台柱的建造，之后环线地铁工程的站台柱全部采用了钢管混凝土结构。70年代以后，我国的钢管混凝土逐渐应用于单层和多层工业厂房、高炉和锅炉构架、送变电构架及各种支架结构中，建成的建设工程超过百项。
80年代初，日本率先采取了先进的泵送混凝土施工方法，成功地解决了进行钢管柱混凝土浇灌复杂的工艺问题，既保证了工程质量，又降低了工程造价，从而促使钢管混凝土结构进入了一个新的发展阶段。日本、澳大利亚和美国等国相继建成了一些钢管混凝土的高层建筑和拱桥。
80年代末至90年代，我国的钢管混凝土工程应用也进入成熟阶段，并居世界前列将其拓展为公路与城市拱桥和高层与超高层建筑的两大工程应用领域。近10年来，我国达百米和超过百米的钢管砼结构的高层建筑已有20多座。其中最高的是深圳72层的赛格广场大厦，结构高度291.6米，堪称世界之最。至20世纪末，钢管混凝土无论是理论研究还是工程应用，我国均已处于世界前列。
三、钢管砼在高层建筑中应用的典型实例
●澳大利亚墨尔本的联邦中心大厦
这是澳大利亚第一次采用钢管砼结构的高层建筑物,钢管砼管柱50×8~16mm，为一座46层的办公大楼，于1991年建成。
●美国西雅图的联合广场大厦
这是一座58层、高220米的的建筑物，在核心筒中采用四根φ3050mm钢管砼管柱，建筑物的用钢量仅为58公斤/平方米，于80年代末建成。
●美国西雅图的太平第一中心大厦
这是一座44层高的建筑物，在核心筒中采用八根φ2300mm钢管砼管柱，周边采用φ760mm钢管砼管柱，于90年代初建成。与全钢结构相比，该建筑物大致节约一半钢材左右。
●日本琦玉县雄师广场高层住宅楼
这是日本第一座最高的采用钢管砼结构的高层建筑，设计55层、高185.8米，于1998年建成。
●中国福建泉州市邮局大楼等15座高层建筑
泉州市的邮局大楼，是我国第一座采用钢管砼结构的高层建筑，16层，高87.5米，于1992年建成。随后短短的数年里，国内采用钢管砼结构先后建成了二十几幢高层建筑，主要有：
厦门阜康大厦，25层，高86.5米，1994年建成；
厦门金源大厦，地下水层，地上30层，高96米，1995建成；
广州好世界广场，地下3层，地上22层，高116.3米,1995年建成；
天津工商银行办公大楼，地下2层，地上36层，高125.5米，1996年建成；
福州环球广场，地下3.5层，地上38层，1997年建成；
福州侨益大厦，地下2层，地上32层，高115.7米，1997年建成；
天津今晚报大厦，地下2层，地上38层，高137米，1997年建成；
北京世界金融中心大厦，地下3层，地上33层，高156米，1998年建成；
深圳邮电信息枢纽中心大厦，地下3层，地上48层，高180米，1998年建成；
广州新中国大厦，地下5层，地上43层，高200米，1999年建成；
重庆环球广场大厦，地下2层，地上31层，高110.6米，1998年建成；
昆明邦克大厦，地下3层，地上36层，高126.1米，1998年建成；
重庆世界贸易中心，地下5层，地上55层，高210米，1999年建成；
深圳赛格广场大厦，地下4层，地上72层，高291.6米，1999年建成。
温州市华昌物资有限公司总经理 王国兴
方钢管自密实混凝土纯弯力学性能研究
●陈求知 叶竹贞 项 敏
摘要： 通过对6根方钢管自密实混凝土纯弯试件的试验研究，考察了方钢管自密实混凝土的纯弯力学性能。采用数值计算的方法对方钢管自密实混凝土纯弯试件进行了受力全过程分析，并和实验结果进行了对比。最后将设计规程ACI(1999)、AISC-LRFD(1999)、AIJ(1997)、BS5400(1979)和DBJ13-51-2003(2003)对抗弯承载力和抗弯刚度的计算结果与方钢管自密实混凝土试验结果进行了对比。
1. 前言
钢管混凝土具有承载力高、塑性和韧性好的特点，所以在工程实践中得到了越来越广泛的运用。自密实高性能混凝土在少振捣或不振捣的情况下就能自密实成型，对方便施工、减少噪音污染具有重要的意义。随着钢管混凝土结构在工程实践中的大量应用，对钢管混凝土结构的研究也越来越多，但是对钢管混凝土纯弯试件的研究仍然相对比较少。文献[5]对钢管混凝土抗弯性能方面的有关研究成果进行了总结，但目前对于方钢管自密实混凝土纯弯力学性能的研究还未见报导。
本文拟通过对6根方钢管自密实混凝土纯弯试件的试验研究，考察方钢管自密实混凝土纯弯力学性能，并将现有规程DBJ13-51-2003[3] 、AISC-LRFD(1999)[6], AIJ(1997)[7], BS5400(1979)[8] 和ACI(1999)[9]对抗弯承载力和抗弯刚度的计算结果与方钢管自密实混凝土的试验结果进行对比。
2. 试验概况
试验的6根方钢管自密实混凝土试件的参数，B为试件截面高度，t为钢管厚度，Lo为计算长度，实际试件长度L=1500mm。试件的剪跨比为3.5和1.75。在进行试件加工时，钢管由四块钢板拼焊而成，采用坡口焊形式，并保证焊缝质量。钢材强度由标准拉伸实验确定。平均屈服强度、抗拉强度、弹性模量及泊松比分别是282MPa、358.3MPa、2.015×105 MPa和0.263。自密实混凝土水灰比为0.293，配合比按重量比，单位为kg，用料如下：水泥：粉煤灰：砂：石：水=350：220：815：815：166.8。原料采用炼石牌42.5普通硅酸盐水泥；河砂，细度模数可在2.5-2.8之间，不应小于2.5；碎石，石子粒径5-15mm；矿物细掺料：采用福建华能电厂Ⅱ级粉煤灰；普通自来水。UNF-5早强型减水剂掺量为1%；混凝土的塌落度为270mm，铺展度600mm，流动速度19.3米/秒。浇捣混凝土时的室内温度24.2度，测得混凝土的温度26.5度。混凝土28天时的立方体抗压强度为fcu=76.7MPa，实验时fcu=81.3MPa、弹性模量Ec＝4.26×104 MPa。
混凝土浇灌时先将钢管竖立，使未焊盖板的一端位于顶部，然后从开口处灌入混凝土。采用了二种混凝土浇灌方式：①常规的分层灌入法，用ф50振捣棒伸入钢管内部进行完全振捣，在试件的底部及外部同时用振捣棒侧振； ② 混凝土自密实，未采取任何振捣。试件核心混凝土顶部与钢管上截面抹平，并在试件自然养护两周后用高强水泥砂浆修补混凝土表面与钢管表面的不平整处，然后焊上另一盖板。试验采用四分点加载方法，在每个试件中截面四个面的中部纵向及横向各贴一片电阻应变计测量应变。在支座及四分点位置各设置一个机电百分表，在跨中位置设置大行程的位移计测量试件变形。同时在试件底部还设置两个曲率仪。试验的加载及测量装置图和曲率仪示意图参见文献[2]。
3. 试验结果分析及数值计算
试验得到的试件跨中弯矩(M)－跨中挠度(um)，跨中弯矩(M)－曲率(Φ)和弯矩(M)－应变(ε)的关系曲线，可以看出：试件的受力经历了弹性变形、弹塑性变形和塑性强化三个阶段。试件跨中挠度达到L/20时，作用在试件上的外荷载还能增加，表明试件具有很好的延性。试件破坏时受压区钢管均出现数处局部外凸的现象，钢管外凸部位较均匀地分布在试件四分点与跨中之间，部分试件受拉区钢管破坏时出现撕裂。
数值计算采用文献[1] 中方钢管混凝土的钢材和混凝土的应力—应变关系及数值计算方法，对试件进行了受力全过程分析。从数值计算结果与试验结果的比较可见，数值计算结果总体上低于试验结果。除弯矩—应变的关系曲线，由于试件宽厚比较大，钢管较早出现局部屈曲，使曲线在塑性强化段有所偏差，其余的曲线两者总体上较为吻合。由此可见文献[1] 中应力—应变关系不但适用于方钢管普通混凝土，也适用于方钢管自密实混凝土的全过程数值模拟。
4. 实用计算方法比较
为了便于分析方钢管自密实混凝土纯弯试件承载力的变化规律，将试件的试验实测承载力和设计规范(规程) DBJ13-51-2003[3]、AISC-LRFD[6]、AIJ[7]、BS5400[8]、ACI[9] 的计算结果以及数值计算的结果进行了比较，结果见表1，其中Me为试验实测承载力，Mu为计算获得的承载力，极限弯矩取受拉区最大应变达到10000με时的弯矩。由表1极限承载力计算值Mu和试验实测值 Me 的比值的比较可以看出，五本规范(规程)的计算值与试验实测值相比都偏于安全。其中以 DBJ13-51-2003[3] 计算值与实测值最为接近。BS5400[8] 和 ACI[9] 计算值比实验值低 10-15% 左右，而AISC-LRFD[6] 和AIJ[7] 计算值比实测值低30%以上。
根据弯矩—曲率曲线可以确定试件的刚度。一般比较认同在弯矩 M=0.2Mu 时的抗弯刚度作为试件的初始弹性刚度，文献[2 4] 采用试件在M=0.6Mu 时的抗弯刚度作为构件的使用阶段刚度，因为此时试件受力通常处于各种外荷载组合作用下的正常使用受力状态，因此取M=0.6Mu作为试件的使用阶段抗弯刚度是合理的。为此本文取试件在 M=0.2Mu 和 M=0.6Mu 时的割线刚度作为试件初始弹性刚度和使用阶段刚度。
表2、3列出0.2Mu 和 0.6Mu 时试件抗弯刚度 K0.2和K0.6，并与DBJ13-51-2003[4]、AISC-LRFD[5]、AIJ[6] BS5400[7]、ACI[8] 及数值计算和简化模型的计算结果比较。这些规范(规程)中抗弯刚度计算方法基本是分别考虑钢管和混凝土对刚度的贡献，不同的是从混凝土对刚度贡献程度的不同考虑。简化模型计算方法见文献[1]。
由表3可以看出：方钢管自密实混凝土初始弹性刚度规范计算值与试验值相比以 DBJ13-51-2003[3]最为接近，平均值为1.07，均方差为0.435。数值计算值比试验实测值偏大，平均值为1.19，均方差为0.435。简化模型计算值比试验实测值偏小，平均值为0.84，均方差为0.029。
由表3可以看出：使用阶段刚度以 AIJ[7] 和ACI[9] 的计算值与试验实测值最为接近，平均值为0.96和0.97，均方差都为0.010。从表2和表3可看到，数值计算和简化模型的计算结果也与试验实测值吻合良好，这进一步说明，文献[1]提出的数值计算模型适用于方钢管自密实混凝土的数值计算。
5. 结论
通过上述探讨，在本文试验参数范围内，可得出如下结论：
(1) 方钢管自密实混凝土纯弯试件具有良好的截面曲率延性和后期承载力。
(2) 文献 [1] 提出的钢管混凝土数值计算模型适用于方钢管自密实混凝土的受力全过程数值模拟。
(3) DBJ13-51-2003[3]、AISC-LRFD[6]、AIJ[7]、BS5400[8] ACI[9] 计算方钢管自密实混凝土承载力时以DBJ13-51-2003[3] 的计算值与试验值最为接近。
(4) DBJ13-51-2003[3]、AISC-LRFD[6]、AIJ[7]、BS5400[8]、ACI [9] 计算方钢管自密实混凝土初始弹性抗弯刚度时，以 DBJ13-51-2003 [3] 的计算值与试验值最为接近，而在计算使用阶段抗弯刚度时以 AIJ[7] 和ACI [9] 的计算值与试验值最为接近。
石材的表面处理势在必行
●陈汉新
天然的大理石、花岗石、板石、文化石与人造石材等，因具有其特有的装饰性能——美丽的花纹图案，磨光后明亮透析的光泽度，有极强的建筑强度，较好的雕刻性，自古以来就被广泛应用于建筑物的内、外墙装饰上，是建筑史上应用较早的建筑材料之一；尤其是随着近代建筑业的迅速发展，人们生活水平的提高，楼宇建设的现代化、多样化，家居的幽雅、古朴大方，富于自然气色的装饰化，石材的应用可谓进入千家万户，无处不用，为美化我们的城乡与家居，石材业功不可没。
但任何物品使用时日年久，就必然按一定的老化率递减，逐渐陈旧、退色、风化剥落、表面凹凸不平、失光和产生病症。常见的石材病症有：水斑不干、析盐泛碱、锈斑吐黄、霜冻破坏、苔藓生长及色素污染等。产生的原因很多，归纳起来有两个方面，一是内部原因，即石材的内部结构和化学成份引起的变化；二是外部原因，即安装所用粘结材料及环境污染等因素影响。
综上所述，要想克服石材的病变，唯一的办法就是必须在加工前进行化学处理与装饰后的护理，这是我国石材加工业的建筑装饰石材应用的一大趋势。根据国内外资料，现石材的化学深加工技术成熟的归纳起来有：石材的着色（染色）技术、石材的护理与翻新技术、石材的清洗技术、石材的粘接修补与加固技术、石材的增光与研磨技术、人工石材技术等。这些适用技术以不同的手段对石材进行的前后期处理，均可达到色彩艳丽、光泽度高、经久耐用的目的。
我省在石材的表面处理与化学深加工技术方面的研究、原材料的生产配套上开展较早，且在某些领域已走在全国的前列。如浙江大学化学系物理化学研究所在1995年即开始石材着色与防护技术的研究，现已研制出石材着色、清洗、加固和防护剂的系列产品；温岭力宝化工建材有限公司在1997年开始利用法国技术生产出REPOW清洗、密封、抛光系列石材产品和方石胶、强力胶、水晶胶、强力网等产品；浙江工业大学石材工艺开发部推出了湿气固化型石材表面增光剂；杭州之江有机硅化工有限公司于1997年以来，连续生产出金鼠牌JS硅酮结构胶、硅酮中性胶、硅酮玻璃胶、GM环氧树脂干桂胶；浙江凌志化工有限公司推出的石材、建筑用胶系列产品等，在国内均已有一定的知名度，广泛用于楼宇、宾馆和家居装饰和石材企业的生产上，效果十分明显。
为提高我国石材的使用效果，重视石材加工前后的处理，以达到石材装饰性能的耐久性与企业经济效益的同步性，去年我们收集了迄今有关专家、学者、生产企业发表的论文、专著、文稿等，汇编成《论石材的表面处理及化学深加工》一书，供石材企业、商家、科研、施工建设、工程装饰、楼宇业主参考、借鉴；同时于去年11月下旬举办了我省首次石材表面处理学习班的基础上，今年上半年将首次举办石材干挂、石材表面处理学习班，以提高人们重视石材应用的表面处理技术。为把我国滞后的石材表面处理及化学深加工推上一个新的台阶，重视石材加工的前后期处理，我们期求全省石材加工企业和建筑施工、工程装饰、楼宇业主能做到：
1、重视石材表面处理与化学深加工技术的推广应用，提倡生产与科研相结合，走产、学、研的路子，以适应建筑业日新月异的发展需求。
2、省内重点生产企业在石材生产过程中，要根据不同石材材质的特点加以化学深加工预处理，在出厂板材上（包括异型材、石雕工艺制品等）标明经不同化学处理的类别，便于用户选购。
3、各石材应用单位、建设单位对应用石材装饰的楼宇、宾馆、饭店、公共场所、园林文物等的石材、石雕、工艺制品等，因使用期限长久，表面失光、污染、剥落等，很有必要进行全面清洗、护理、翻新，使石材青春永驻。
4、加强石材表面处理与化学深加工技术人才的培训，建立起一支适用的技术管理和施工队伍，以适应我省石材表面处理与化学深加工发展的需求。
超高层建筑中的钢管砼
●徐云琴 黄亦洲 徐燕子
引子： 人类建筑史上传统的结构形式主要有：木结构、砖石（砌体）结构、钢筋混凝土结构和钢结构等四类。
随着建筑科学技术的发展，近20年来又推出了第五种结构类型，即全新的钢—混凝土组合结构。该种新型建筑结构，充分发挥了钢材和混凝土的材料特性及优点，按其组合方式又可分为：钢管混凝土结构、钢—混凝土组合梁、外包钢组合结构和劲性钢筋混凝土结构等四种。它们的共同特点是：施工简便、工期短、结构性能好且大大节约建筑材料。
钢—混凝土组合结构之一的钢管混凝土（即钢管砼—CFST），就是在钢管中充填素混凝土制成的建筑构件。它具有承载力高、抗震性能好、节约钢材和施工简捷等突出优点，因而在高层和超高层建筑中得到了日益广泛的应用。其推广与发展的速度十分迅猛，并将成为21世纪高层和超高层建筑群最为实用和主要的结构形式。
一、钢管砼的结构特点
钢管砼在高层建筑工程中，主要是作为受压管柱的建筑构件使用，与钢梁和梁柱节点等共同构成建筑物的框架结构体系。
钢管砼柱因其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的性质。即管柱外部包裹钢管材料，管柱内部充填混凝土材料，因钢管壁对管内混凝土形成的刚性拘束作用，防止了管内混凝土的脆性破坏。实验和理论分析证明，钢管混凝土在轴向压力作用下，钢管的轴向和径向受压而环向受拉，混凝土则三向皆受压，钢管和混凝土皆处于三向应力状态。三向受压的混凝土抗压强度大大提高，同时塑性增大，其物理性能上发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料。正是这种结构力学性质的根本变化，决定了钢管砼的基本性能和特点，并作为新型的第五种建筑组合结构，显示出巨大的生命力和发展前景。
在高层建筑中，钢管砼的特征与优势如下：
1、钢管砼柱的抗压和抗剪承载力高，相当于钢管和混凝土两者之和的2倍以上；
2、钢管砼柱截面比钢筋混凝土柱可减少60%以上，轮廓尺寸也比钢柱小，扩大了建筑物的使用空间和面积；
3、柱子截面减小，自重减小，有利于结构抗震，相当于设防烈度下降一级；
4、钢管砼柱自重减少，减轻了地基承受的荷载，相应降低了地基基础造价；
5、钢管壁薄便于选材、制造与现场焊接，是施工最为快捷的建筑结构；
6、钢管砼柱内的混凝土可大量吸收热能，其耐火性优于钢柱，从而比钢柱可节省耐火涂料50%以上；
7、钢管砼具有的核心混凝土三向受压特性，利于刚刚问世的C60～80高强度混凝土安全可靠地推广应用。
由于上述各项优点，采用钢管砼柱时可节省大量的建筑材料，且素混凝土无须振捣，施工方便，工期短。根据计算，与钢筋混凝土柱相比，可节约混凝土60~70%，同时降低造价。若与全钢结构的钢柱相比，则可节约钢材50%，其工程造价也可降低45%。
在高层建筑设计中，钢管砼柱可以仅控制长细比而不必限制轴压比。此外因其整体性能好，还克服了普通钢结构钢柱存在的局部失稳的缺点。因此，与钢筋混凝土柱相比，截面设计可以减少60%以上。
例如，北京国际贸易中心塔楼的原结构设计由美国提供，采用的是钢筋混凝土结构，钢筋混凝土柱的截面设计尺寸为2200×2200mm，十分庞重。后改用了国内的钢管混凝土设计方案后，钢管砼柱的截面仅为φ1400×30mm，截面面积减少了2／3。
全国闻名的深圳赛格广场大厦，采用了钢管砼结构设计，其钢管砼柱最大截面仅为φ1600×28mm，若用钢筋混凝土柱，截面则应为2400×2200mm，柱截面面积减少了63%，粗略估算使整个大厦增加了使用面积八千多平方米。
显然，采用钢管砼结构的高层建筑，其经济效益非常显著。
二、钢管混凝土的发展前景与工程应用
我国在钢—混凝土组合结构的学术研究与工程应用方面，一直处于国际领先地位。1988年创立的"国际钢—混凝土组合结构合作研究协?quot;，其首届与第二届主席，即由我国的中国钢结构协会常务理事、中国钢协钢—混凝土组合结构协会理事长、博士及博士后导师、著名的建筑钢结构专家和学者、哈尔滨建筑大学钟善桐教授担任。现已82岁高龄的钟善桐教授，至今仍担任着该国际学术组织的名誉主席。
与此同时，钟善桐教授居世界领先创立了"统一理论"，并将其应用于钢管混凝土的理论研究与工程设计方面，使钢管混凝土结构演变成一个完整和独立的建筑新学科。在此基础上，提出了一整套设计公式，并就钢管混凝土柱及节点的优化设计创编了CFST软件，现已被广泛应用于工程实践当中。
钢管混凝土的实际工程应用，最早见于19世纪80年代，曾用作桥墩，以后渐渐用于建筑物支柱的建造，并且其用途日益拓宽。
20世纪50年代始，前苏联、美国、日本和欧州部分先进国家对其进行了大量的试验研究，并在一些房屋建筑和桥梁工程中得到应用。
我国钢管混凝土的研究开发始于60年代中期，首例应用为北京的地铁工程，并成功地用于"北京站"和"前门站"站台柱的建造，之后环线地铁工程的站台柱全部采用了钢管混凝土结构。70年代以后，我国的钢管混凝土逐渐应用于单层和多层工业厂房、高炉和锅炉构架、送变电构架及各种支架结构中，建成的建设工程超过百项。
80年代初，日本率先采取了先进的泵送混凝土施工方法，成功地解决了进行钢管柱混凝土浇灌复杂的工艺问题，既保证了工程质量，又降低了工程造价，从而促使钢管混凝土结构进入了一个新的发展阶段。日本、澳大利亚和美国等国相继建成了一些钢管混凝土的高层建筑和拱桥。
80年代末至90年代，我国的钢管混凝土工程应用也进入成熟阶段，并居世界前列将其拓展为公路与城市拱桥和高层与超高层建筑的两大工程应用领域。近10年来，我国达百米和超过百米的钢管砼结构的高层建筑已有20多座。其中最高的是深圳72层的赛格广场大厦，结构高度291.6米，堪称世界之最。至20世纪末，钢管混凝土无论是理论研究还是工程应用，我国均已处于世界前列。
三、钢管砼在高层建筑中应用的典型实例
●澳大利亚墨尔本的联邦中心大厦
这是澳大利亚第一次采用钢管砼结构的高层建筑物,钢管砼管柱50×8~16mm，为一座46层的办公大楼，于1991年建成。
●美国西雅图的联合广场大厦
这是一座58层、高220米的的建筑物，在核心筒中采用四根φ3050mm钢管砼管柱，建筑物的用钢量仅为58公斤/平方米，于80年代末建成。
●美国西雅图的太平第一中心大厦
这是一座44层高的建筑物，在核心筒中采用八根φ2300mm钢管砼管柱，周边采用φ760mm钢管砼管柱，于90年代初建成。与全钢结构相比，该建筑物大致节约一半钢材左右。
●日本琦玉县雄师广场高层住宅楼
这是日本第一座最高的采用钢管砼结构的高层建筑，设计55层、高185.8米，于1998年建成。
●中国福建泉州市邮局大楼等15座高层建筑
泉州市的邮局大楼，是我国第一座采用钢管砼结构的高层建筑，16层，高87.5米，于1992年建成。随后短短的数年里，国内采用钢管砼结构先后建成了二十几幢高层建筑，主要有：
厦门阜康大厦，25层，高86.5米，1994年建成；
厦门金源大厦，地下水层，地上30层，高96米，1995建成；
广州好世界广场，地下3层，地上22层，高116.3米,1995年建成；
天津工商银行办公大楼，地下2层，地上36层，高125.5米，1996年建成；
福州环球广场，地下3.5层，地上38层，1997年建成；
福州侨益大厦，地下2层，地上32层，高115.7米，1997年建成；
天津今晚报大厦，地下2层，地上38层，高137米，1997年建成；
北京世界金融中心大厦，地下3层，地上33层，高156米，1998年建成；
深圳邮电信息枢纽中心大厦，地下3层，地上48层，高180米，1998年建成；
广州新中国大厦，地下5层，地上43层，高200米，1999年建成；
重庆环球广场大厦，地下2层，地上31层，高110.6米，1998年建成；
昆明邦克大厦，地下3层，地上36层，高126.1米，1998年建成；
重庆世界贸易中心，地下5层，地上55层，高210米，1999年建成；
深圳赛格广场大厦，地下4层，地上72层，高291.6米，1999年建成。
