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T／CCES7-2020 中空夹层钢管混凝土结构技术规程及条文说明.pdf4.1.1结合中空夹层钢管混凝土结构的受力要求和现行国家标
准《钢结构设计标准》GB50017的有关规定提出了对钢材的要 求。当采用耐候钢时，其质量要求应符合现行国家标准《耐候结 构钢》 GB/T 4171 的规定。
构钢》GB/T4171的规定。 4.1.2中空夹层钢管混凝土结构常用螺旋焊接管和直缝焊接管 从构件受力角度前者相对较优。当有可靠依据时，也可根据实际 需要采用无缝钢管。当螺旋焊接管的常用规格不能满足要求时， 可采用钢板卷制成的直缝焊接管，应采用对接坡口焊缝，不允许 采用钢板搭接的角焊缝。焊缝应达到二级质量检验标准，和母材 等强度。 当有可靠依据时，中空夹层钢管混凝土的内外钢管也可采用 不锈钢，或外管采用不锈钢、内管采用碳素钢，其不锈钢管材选 用应参照现行行业标准《建筑用不锈钢焊接管材》JG/T539的 有关规定。 4.1.3当有可靠依据时，中空夹层钢管混凝土结构中也可采用
4.1.2中空夹层钢管混凝土结构常用螺旋焊接管和直缝焊接管
4.1.3当有可靠依据时2020中国新能源发电分析报告（国网能源研究院2020年7月）.pdf，中空夹层钢管混凝土结构中也可采用 高强钢材。
4.2.1由于内、外钢管形成封闭环境，夹层混凝土多余水分不 能排出，因而水胶比不宜过大。水胶比要求参考现行行业标准 《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55。采用的混凝土种类主要 决定于所采用的浇筑工艺。宜采用微膨胀混凝土，严格控制氯离 子含量，严防锈蚀，严防混凝土碱骨料反应，并经现场同条件试 验合格后使用。
4.2.3材料选择时随着钢材强度的提高，夹层混凝土强度等级 也宜相应提高。对于目前建筑工程中常用的钢材，采用C40以上 强度等级的混凝土和其搭配比较合理，且名义约束效应系数不宜 大于4.0，也不宜小于0.3。内、外管强度应尽可能一致。 4.2.4根据试验研究成果，通过修正美国ACICommittee209 （1992）研究报告《Predictionofcreep，shrinkageandtemperature effectsinconcretestructures》提供的普通混凝土收缩计算模型， 考虑钢管对混凝土收缩的制约影响后提出了夹层混凝土收缩值的 计算方法。 4.2.5通过对搜集和整理的172个圆钢管混凝土、35个方钢管 混凝土界面的粘结强度进行的统计分析（参数范围：fcu= 20N/mm²~60N/mm²，D(B)≤600mm，D/t(B/t)≤60）表明, 钢管及其核心混凝土的界面粘结强度与钢管直径或边长及钢管直 径或边长与厚度的比值相关，粘结强度可表示为二者倒数的乘积 t/D²（t/B²）的函数。式（1）和式（2）分别给出圆形和方形钢 管混凝土构件界面粘结强度计算公式。
4.2.5通过对搜集和整理的172个圆钢管混凝土、35个方钢管 混凝土界面的粘结强度进行的统计分析（参数范围：fcu= 20N/mm²~60N/mm²，D（B)≤600mm，D/t(B/t)≤60）表明 钢管及其核心混凝土的界面粘结强度与钢管直径或边长及钢管直 径或边长与厚度的比值相关，粘结强度可表示为二者倒数的乘积 t/D?（t/B²）的函数。式（1）和式（2）分别给出圆形和方形钢 管混凝土构件界面粘结强度计算公式。
fi =0.071+4900 D2 fi=0. 043+1100 R2
根据对试验结果的分析，建议了粘结强度的下限值，即对于 圆钢管混凝土，fs=0.225N/mm²；对于方钢管混凝土，fs= 0.15N/mm²。日本设计指南AIJ（2008）《钢管混凝土结构的设 计和建造指针》中给出了类似的取法。中空夹层钢管混凝土界面 强度的取值参照钢管混凝土确定，对于圆钢管与夹层混凝土 f=0.225N/mm²；对于方钢管与夹层混凝土，fi=0.15N/mm²
4.3.1用于中空夹层钢管混凝土结构的焊接材料应符合下多 要求：
用于中空夹层钢管混凝土结构的焊接材料应符合下列
5.1.2中空夹层钢管混凝土构件的内、外钢管一般均由钢结构 加工厂统一加工并同心安装后，共同承受施工期间的荷载。根据 施工阶段的荷载计算空钢管柱的应力，这种初始应力对中空夹层 钢管混凝土柱的最终截面抗压承载力影响不大。但由于初应力的 存在会使组合性能的弹塑性阶段提前，改变弹塑性阶段的组合切 线模量，从而影响构件的稳定承载力。空钢管临界应力为f，9 为空钢管构件稳定系数，f为钢材强度设计值。 5.1.3参考钢管混凝土已有的工程经验和有关设计规定，暂按 现行国家标准《钢结构设计标准》GB50017对钢构件的有关规 定确定中空夹层钢管混凝土构件的容许长细比
5.1.3参考钢管混凝土已有的工程经验和有关设计规定，暂
5.1.3参考钢管混凝土已有的工程经验和有关设计规定
5.2轴心受力构件承载力计算
5.3受弯、压弯和拉弯构件承载力计算
5.3.1对于单向受弯构件考虑截面的塑性发展。圆套圆中空夹 层钢管混凝土锥形受弯构件的等效原则为“等效直柱构件”和 锥形构件的最小截面相同。 圆套圆中空夹层钢管混凝土锥形构件的抗弯承载力计算截面 为构件的最小截面。
5.6长期荷载作用下的构件承载力计算
5.6.2在长期荷载作用下，由于夹层混凝土会发生徐变和收缩 变形，导致内、外钢管及其夹层混凝土应力的改变，二者的模量 发生变化，因而使构件的临界应力下降。因此，对于中空夹层钢 管混凝土构件要对其进行长期荷载作用下的承载力计算。 福州大学在大量研究工作的基础上，发现长期荷载作用下构 件的承载力下降程度与长期荷载比、约束效应系数、构件长细 比、荷载偏心率和截面空心率有关，因此基于理论分析和试验研 究结果，提出了长期荷载作用影响系数k。计算公式如下：
kc按下列公式确定： 对于圆套圆中空夹层钢管混凝土：
k.. =f(X) k)
对于方套圆中空夹层钢管混凝土：
5.7局部受压承载力计算
A, = dw Ap =(2di+dw1)(2di+dw) β.=[Ao(dw/B)+Bo](CX+Do
5.7.3清华大学进行了轴向局部受压带端板圆套圆中空夹层钢 管混凝士锥形构件承载力的试验研究，结果表明，试件的承载力 受局压面积比、端板相对刚度半径及截面空心率的影响较大。基 于经试验结果验证的有限元模型，在相对刚度半径为0.137~ 0.526，混凝土强度等级为C30~C110，内、外钢管屈服强度为 235N/mm²~500N/mm²，外钢管名义含钢率为2.6%~15%，局压 面积比为4~24、截面空心率为0.2~0.805以及锥角为 0°~1.14°
5.10.2节点焊缝构造要求参照现行国家标准《钢结构焊接规 范》GB50661执行。中空夹层钢管混凝土结构是一种新型的结构 形式，其连接或节点的疲劳计算目前研究甚少。但是，与中空夹 层钢管混凝土结构相关的空钢管结构疲劳强度问题，国内外已有 充分的研究，建立了相应的疲劳计算方法，包括基于名义应力幅 的构造分类法和基于热点应力幅的方法，这两种方法可参见国际 焊接协会《Fatiguedesignproceduresfor weldedhollow.section joints》（IW2000）或国际管结构发展与研究协会《Designguide for circular and rectangular hollow section welded joints under fatigue loading》（CIDECT，2001)。 近年来，与中空夹层钢管混凝土结构相近的钢管混凝土结构 疲劳强度问题，已在我国开展了不少的研究。同济大学进行了钢 管混凝土直接焊接节点（主管为钢管混凝土，支管为空钢管） 疲劳性能的试验研究和有限元数值分析，包括T型、K型的圆钢 管混凝土节点和方钢管混凝土节点。研究表明在钢管相同儿何和 材料参数、相同构造的情况下，钢管混凝土节点的热点应力集中 系数远远小于空钢管节点：混凝土强度等级对节点的热点应力集 中系数影响不大。这一特性源于主管内填充混凝土不仅提高了空 钢管的节点刚度，更重要的使节点刚度分布均匀，使节点应力分 布变得均匀，从而显著地降低了应力集中系数。 从结构形式上看，中空夹层钢管混凝士结构介于钢管混凝士 结构与空钢管结构之间，中空夹层钢管混凝土的空心率介于0与 1之间，当空心率等于0时即为钢管混凝土结构，当空心率等于 1时即为空钢管结构。近期同济天学的比较研究表明，一般来 说，中空夹层钢管混凝土直接焊接节点的热点应力集中系数介于 空钢管直接焊接节点与钢管混凝士直接焊接节点之间，即低于空
6.1.1本条规定了中空夹层钢管混凝土结构中节点和连接构造 的基本要求。
6.2.1斜腹杆格构式柱的换算长细比是通过假设腹杆倾角为 40°~60°，并按格构柱抗弯刚度折减值计算而得，所以实际构件 的腹杆角度亦应限定在该范围内。平腹杆格构式柱的构造方式是 为了通过构造措施保证腹杆有一定的线刚度，确保格构式柱的抗 弯刚度不至过低。
6.2.3梁柱刚性节点采用加强环形式安全可靠，也便于混凝
浇筑施工。钢管混凝土结构的工程实践证明，加强环能与钢管柱 很好地共同工作，能可靠地将梁的内力传给外钢管进而传递给柱 肢。另外，由于加强环能够使管壁受力均匀、防止产生应力集 中，所以节点受力性能得到改善、节点和构件在水平方向的刚度 得以增强。中空夹层钢管混凝土柱与钢梁的外环板构造节点也有 类似的受力特点。当加强环为内加强环板时，应设置混凝土浇筑 孔，且应在四角设置排气孔。排气孔应能使混凝土气体得到充分 排放，这与混凝土的级配等因素有关。设计人员应根据实际情 况，在避免应力集中和保证强度要求的前提下确定浇筑孔及排气 孔的大小。 横梁为工字形焊接钢梁时，梁端上下翼缘板在接近管柱时逐 渐加宽，并在管柱连接处将柱围住，形成加强环。梁端的弯矩和 轴力由上、下加强环承担，梁的腹板剪力通过焊缝传给柱肢。为
便于现场装配连接，可将梁端连同加强环板与管柱段一起加工焊好，形成小段钢梁。现场施工时，二者只要做等强焊接即可。为便于施工，腹板也可采用高强度螺栓连接，并根据该处梁的剪力计算螺栓强度。6.2.4单边高强度螺栓连接节点形式示意如图14所示。对于该类节点构造，若在工厂预制构件，若在灌注夹层混凝土之后安装单边螺栓，可在灌注夹层混凝土前在螺栓孔对应位置预埋PVC管。若在灌注夹层混凝土之前安装单边螺栓时，要采取必要措施保证定位准确。(a) T型连接(b)外伸端板连接图14单边高强度螺栓连接节点示意图（一）106
7.2抗火计算和排气孔设置
7.2.1火灾下中空夹层钢管混凝土柱的承载力影响系数kT，是 指火灾下无防火保护的中空夹层钢管混凝土柱的抗压承载力与其 常温下抗压承载力的比值。当火灾荷载比（R）小于k时，无 防火保护的中空夹层钢管混凝土柱在火灾下不会发生破坏；当R 天于时，火灾下中空夹层钢管混凝土柱所能提供的抗力已不 足以抵抗外荷载作用，需进行防火保护。为了提高安全性，本条 对不采取防火保护措施的适用条件提出了更为严格的要求，火灾 荷载比（R）应小于0.75kT。 kv按下列公式确定：
7.2.1火灾下中空夹层钢管混凝士柱的承载力影响系数kT，是
对于圆套圆中空夹层钢管混凝土：
kT=(Ato+Bto+1)kTo
to ≤ti kTo = 1 bto+c ti
(16) (17) (18) (19)
对于方套圆中空夹层钢管混凝土：
(22) (23) (24) (25) (26)
to = 0. 6t Co = C/1256 C=TD 入o=入/40
(29) （30) （31) 32) (33)
to = 0. 6t
(36) (37) (38)
Co = C/1600 C= 4B ^=^/40
t为耐火极限（单位：h），入为构件长细比。 A和B是与中空夹层钢管混凝土构件截面空心率相关的系 数，按下列公式计算： 对于圆套圆中空夹层钢管混凝土：
对于方套圆中空夹层钢管混凝土：
3膨胀型防火涂层应和与之兼容的底漆、中漆和面漆配套 使用； 4膨胀型防火涂层施工质量应满足现行国家标准《钢结构 工程施工质量验收规范》GB50205的要求； 5施工过程和后续使用过程中如造成损伤，应按原设计要 求及时修复。 7.2.4火灾下中空夹层钢管混凝土柱内的混凝土会产生一定的 水蒸气。为保证火灾发生时夹层混凝土中水蒸气的排放，使得钢 管和混凝土之间保持良好的共同工作性能，保障结构安全，应在 外钢管上设置排气孔。
8制作、安装和施工要求
3.1.1中空夹层钢管混凝土构件的内、外钢管的形心位置相对 扁差3为构件横截面上内、外钢管形心位置间的距离。 8.1.2中空夹层钢管混凝土常用作承重构件，应根据工程特点、 施工图设计文件和施工详图等，并结合制作厂的条件编制制作工 艺。制作工艺应包括：制作所依据的标准，制作厂的质量保证体 系，成品的质量保证体系和为保证成品达到规定的要求而制定的 措施。工艺中还应包括：生产场地的布置，采用的加工、焊接设 备和工艺装备及检测设备，焊工和检验人员资质证明，各类检查 项目表格，生产进度计划表及运输计划表等。同时，对构造复杂 的构件进行工艺试验。主要考虑到复杂构件的加工工艺参数必须 从工艺试验中取得，如加工、装配、焊接的变形控制、尺寸精度 的控制等。通过试验，获得合理的工艺参数，保证构件制作 质量。 当有可靠的技术依据时，中空夹层钢管混凝土也可采用预制 件
8.1.4为了保证正常施工和结构安全，浇筑钢管内的混凝土宜
DB11／T 1274-2015标准下载在钢构件安装并验收合格后进行。这是因为混凝土浇筑后钢管 构安装偏差的调整相对困难。
8.2.1对于中空夹层钢管混凝土杆塔，其内外钢管均应采用除 锈后涂以油漆或热浸镀锌等金属镀层防腐措施，或采用其他等效 的防腐措施。
范》GB50628的相关内容制订。
8.3.1中空夹层钢管混凝土中的夹层混凝土施工具有“隐蔽 性”，因此施工过程控制无为重要，混凝土施工前应有切实可行 的施工组织计划，应有突然遇雨、突然停电等异常情况的应急措 施；浇筑混凝土过程中应符合泵送顶升法、人工辅助浇揭法、导 管浇筑法及高位抛落法等方法实施过程的规定，从而实现以“过 程控制”达到控制混凝土施工质量的自的。同时，应采取必要措 施保证内、外钢管定位准确。 8.3.2浇筑夹层混凝土之前清理钢管内的杂物、积水对保证钢 管和夹层混凝土之间的共同工作非常重要。 8.3.3泵送顶升法、人工辅助浇捣法、导管浇筑法及高位抛落 法等混凝土浇筑方法是目前国内钢管混凝土工程施工中较为成熟 的方法。随着施工技术的发展，在工程实践中中空夹层钢管混凝 土施工的工艺将会有所不同，但无论采用哪种工艺，都不仅要保 证混凝土强度，还要保证混凝土的密实度。 ：在进行夹层混凝土浇筑前，需准确计算钢管中需要填充的混 凝土体积。现场浇筑时要严格计算运到现场的混凝土体积，以及 实际灌人的夹层混凝土体积。具体工作要有专人负责。 1泵送顶升法 利用泵送的压力将混凝土由底到顶注入内、外钢管夹层，由 混凝土自重及泵送压力使混凝土达到密实的效果。 采用该方法时，在外钢管柱适当的位置安装一个带有防回流 装置的进料支管，直接与泵车的输送管相连，将混凝土连续不断 地自下而上灌入内、外钢管夹层内。外钢管的尺寸宜大于或等于 进料支管的两倍，外钢管顶部应设溢流或排气孔。对泵送顶升浇 筑的柱下部人口处的管壁应进行强度计算。 泵送混凝土前应用清水冲洗钢管内壁。当浇筑完成后，应稳 压2min~3mim后再关闭截止阀、拆除泵管
2人工辅助浇捣法 将混凝土由顶到底注入内、外钢管夹层，并使用振捣器械对 混凝土实施振捣，使混凝土达到密实的效果。人工辅助浇法应 逐段进行，每浇筑一定量的混凝土后，需要用内部或外部振器 进行振捣。每段浇筑的高度不应大于振捣器的有效工作范围或 2m~3m。当外钢管外直径大于350mm时，可采用内部振捣器进 行振捣，每次振捣时间不少于30s。当外钢管外直径小于350mm 时，可采用附着在外钢管外部的振器进行振，外部振捣的位 置应随混凝土浇筑进展加以调整。 3导管浇筑法 通过导管将混凝土输送入内、外钢管夹层，并保证在施工过 程中导管端部理人混凝土一定深度，边提管边完成混凝土浇筑。 依靠混凝土自重不间断填充，使混凝土达到密实的效果。 采用该方法时，浇筑前导管下口离底部的垂直距离不宜小于 300mm，当空钢管安装就位固定后、混凝土浇筑前，一般先浇筑 层100mm~150mm厚的与混凝土同强度等级的水泥砂浆。浇筑 过程中导管下口宜置于混凝土中约1m。导管与柱内水平隔板浇 筑孔的侧隙不宜小于50mm。当采用泵送方式进行混凝土输入时， 不宜同时进行振揭。·夹层内混凝土应莲续灌注。导管提升速度应 与夹层内混凝土上升速度相适应，避免出现混凝土脱空或理管难 以拨出的现象。导管提升时，应确保导管出口预埋在约1m深的 流态混凝土中。当导管内的混凝土不畅通时，可将导管上下提 动，但上下提动的范围应在300mm左右。 4高位抛落法 通过一定的抛落高度将混凝土填入内、外钢管夹层，充分利 用混凝土坠落时的动能使混凝土达到密实的效果。适用于外钢管 外直径或外边长大于350mm，抛落高度不小于4m的情况。 对于抛落高度天于4m的区段，一般无须再利用机械振揭振 买。对于抛落高度小于4m的区段，应用内部振揭器振实。一次
抛落的混凝土量宜在0.7m左右，用料斗装填。料斗的下口尺寸 一般应比内、外钢管的净间距小150mm左右，以便于管内空气 的排出。同时，混凝土浇灌时应保证混凝土无泌水和离析现象 发生。
附录 A中空夹层钢管混凝土构件的恢复力模型
DBJ51／T 120-2019 四川省城市桥梁预制拼装桥墩生产、施工与质量验收技术标准附录B中空夹层钢管混凝土构件的
B.2.2如图B.2.2所示，当应变小于等于屈服应变8时，按弹 性刚度E。加卸载；如果钢材在进入强化段ab前卸载，则不考虑 包辛格（Bauschinger）效应；反之，如果钢材在强化段ab卸载， 则需考虑包辛格（Bauschinger）效应。d点和d'点分别位于与ab 和a'6线平行的直线上。当软化段与骨架线相交时，继续按骨架 线加载。