钢管混凝土结构的应用 钢管混凝土（Concrete-filled Steel Tubes，CFST）
钢管混凝土（Concrete-filled Steel Tubes，CFST）是在钢管中填充混凝土而形成的结构形式。由于外钢管可以为核心混凝土提供约束，使得钢管内混凝土强度得以提高，塑性和韧性得到改善，同时混凝土作为支撑延缓或避免了外钢管的过早屈曲，充分发挥了两种材料的优势，使得钢管混凝土结构具有承载力高、塑性和韧性好等特点。同时钢管混凝土结构具有良好的抗震性能和抗火性能，适合在抗震区和需要进行抗火设计的结构工程中使用。另外钢管混凝土结构在施工过程中钢管可以作为混凝土浇筑的模板，也提高了结构的可施工性和经济性能。
由于具备上述优点，钢管混凝土结构已经在土木工程结构中得到了广泛的应用，如层建筑、多层住宅建筑、大跨空间结构、地铁站、电力塔架、和桥墩等。图1.1所示为钢管混凝土结构在深圳赛格广场和兰州雁滩黄河大桥桥墩中的应用实例。
结构遭受的冲击作用：
结构在服役过程中，除遭受各种静力荷载如恒荷载和活荷载，以及风荷载和地震荷载等动力荷载外，还可能遭受撞击等意外荷载作用。如桥梁桥墩遭受汽车或船只撞击，建筑遭受飞行器或车辆撞击等。结构在撞击作用下有可能发生严重的损伤甚至完全丧失承载能力，给生命财产造成严重损失。
典型冲击过程如图1.2所示，拥有一定质量的物体（如飞机、汽车、船只或者建筑中的上部结构等）以一定的速度撞击到结构上，导致结构损伤甚至丧失承载力。如2001年的“911事故”中，飞机撞击大楼引发大火，导致结构丧失承载力，上部结构坍塌，向下冲击导致下部结构发生连续倒塌。另外车辆撞击桥梁是常见的撞击事故，据统计，北京50%的桥梁都曾遭受车辆撞击上部结构（陆新征等，2011）。
撞击荷载已经成为威胁桥梁等结构安全的重要因素。必须在结构设计中进行考虑。目前在某些结构形式的设计中已经有相关的规定。如在桥梁结构的设计中，欧洲规范Eurocode1 Part 1-7（2005）中规定，可将撞击等意外荷载的后果分为三类：轻微（Low）、中度（Medium）和严重（High）。对于后果轻微的撞击事件，不需要进行专门的防撞击设计；对于可能造成中度后果的撞击事件，可以采用简化模型将冲击荷载等效为静力荷载对结构进行设计；而对于可能造成严重后果的撞击试件，则需要对结构进行深度的结构分析，采用非线性动力分析等方法分析荷载和结构之间的相互关系等。欧洲规范Eurocode1 Part 1-7（2005）中并根据车辆和道路类型给出了车辆撞击结构的等效静力经验值。此外，中国《公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004》中也给出了车辆或船只撞击桥梁的等效静力荷载值，通过对桥梁进行静力设计满足防撞要求。
而事实上，撞击过程是一个复杂的非线性动力学过程，相比于静力荷载，很多动力学因素会对结构的力学性能造成影响，如应力波传播、材料的应变率效应和惯性力等。采用等效静力荷载进行设计的思路，一方面得到的等效静力荷载可能存在较大误差，另一方面这种方法忽略了结构本身的动力反应特点。因此有必要对结构遭受撞击的实际过程和结构在冲击荷载下的力学性能进行研究。
冲击荷载一般分为低速冲击和高速冲击两种，两者之间并没有明确的界限。一般认为当冲击物体质量相对较大，冲击速度相对较低，冲击时间相对较长（如在几微秒至几十微秒范围内），遭受冲击的结构主要发生整体变形，而未产生局部侵彻时为低速冲击（Richardson和Wisheart，1996）。因此建筑结构遭受车辆、船只等的冲击为低速冲击过程。在本文的研究范围内，冲击荷载均属于低速冲击。
钢管断裂对构件抗冲击能力值得进一步深入研究
（1）钢管断裂对构件抗冲击能力的影响：
在冲击能量较大时，钢管混凝土中外钢管容易发生断裂，断裂对构件的抗冲击能力和剩余承载力有较大的影响，因此需要进行深入分析。本文对钢材断裂问题的模拟进行了初步的探索，需要进一步建立更加精细的模型并进行相应的机理分析。
（2）构件在横向冲击荷载下的弯矩（M）-轴力（N）相关曲线本文进行了钢管混凝土构件在轴力-冲击耦合作用下的力学性能的初步分析。分析结果表明，轴力水平对构件截面的动力抗弯强度有较大影响。为方便设计，需要通过更多的研究得到构件在横向冲击荷载下的弯矩（M）-轴力（N）相关曲线。
（3）构件在横向冲击荷载下的剩余承载力实用计算方法及加固方案实际撞击事故中需要对构件的剩余承载力进行评估，以便进行相应的处理如进行修复加固等。本文对钢管混凝土柱在冲击后的剩余承载力的计算进行了探讨，表明剩余承载力随轴力水平提高而降低，有必要通过更多计算分析得到构件剩余承载力的实用计算方法。并对构件冲击荷载后的修复加固方案进行研究。
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