矩形钢管混凝土柱顶升施工混凝土侧压力的学习体会

文献概况

吴宏刚等人在《水泥》2025年第8期发表的《矩形钢管混凝土柱顶升施工混凝土侧压力研究》，采用现场实测方法，研究了内部带有横隔板阻碍的矩形钢管混凝土柱在顶升过程中的侧压力变化规律和柱壁变形，提出了考虑横隔板阻碍的钢管柱最大动态侧压力计算公式。

核心观点提炼

顶升施工是既有建筑加固和结构改造中常用的施工方法，其核心原理是通过液压千斤顶将结构整体或局部顶升，以便进行基础处理、结构纠偏或设备更换。在矩形钢管混凝土柱的顶升过程中，混凝土对钢管柱壁的侧压力是一个关键的安全控制参数——侧压力过大可能导致钢管柱壁局部屈曲或整体失稳，侧压力过小则可能影响混凝土与钢管之间的协同受力。

关键技术要点解读

侧压力的产生机理

在顶升施工过程中，混凝土侧压力的产生与以下因素密切相关：

• 混凝土自重效应：顶升过程中，混凝土柱体的自重通过钢管柱壁传递，产生径向侧压力；
• 约束变形效应：钢管柱壁对混凝土的径向变形形成约束，约束变形产生附加侧压力；
• 横隔板阻碍效应：横隔板阻碍了混凝土的自由变形，在横隔板上下形成压力差，增大了局部侧压力；
• 动态效应：顶升过程中的加速度和振动引起动态侧压力，其峰值可能高于静力侧压力。

顶升高度对侧压力动态变化的影响

文献通过现场实测揭示了顶升高度与侧压力之间的动态关系。一般来说，随着顶升高度的增加：

最大动态侧压力计算公式的提出

文献提出的考虑横隔板阻碍的钢管柱最大动态侧压力计算公式，是本文的核心贡献。该公式的提出填补了带横隔板矩形钢管混凝土柱顶升施工中侧压力计算的空白，为施工安全评估提供了定量依据。

从公式的物理意义分析，最大动态侧压力应考虑以下因素：

• 混凝土重度（γ）和柱体高度（H）的乘积，代表静力侧压力的基本分量；
• 钢管柱壁的弹性约束刚度，反映钢管对混凝土变形的约束能力；
• 横隔板的间距和刚度，影响局部侧压力的分布；
• 顶升速度和加速度，反映动态效应的贡献。

与工程实践的结合

现场实测方法

文献采用现场实测方法，这比纯理论分析或有限元模拟更加贴近实际工况。实测方法的关键在于：

1. 传感器布置：在钢管柱壁内侧布置压力传感器，测量混凝土对柱壁的侧压力。传感器应布置在不同高度和横隔板上下位置，以捕捉侧压力的空间分布特征。
2. 数据采集：采用高频数据采集系统，捕捉顶升过程中的动态侧压力峰值。
3. 柱壁变形监测：同步测量钢管柱壁的径向变形，评估侧压力对柱壁稳定性的影响。
4. 顶升参数记录：记录顶升速度、顶升高度、千斤顶出力等参数，建立侧压力与顶升参数之间的关联。

施工安全控制建议

基于文献研究结果，矩形钢管混凝土柱顶升施工的安全控制应关注以下方面：

• 横隔板间距优化：横隔板间距过大可能导致混凝土自由变形过大，间距过小则可能增大局部侧压力。建议根据钢管柱径和壁厚，通过计算确定合理的横隔板间距。
• 顶升速度控制：顶升速度过快会增大动态侧压力峰值，建议采用分段匀速顶升，每段顶升后暂停观察，确认侧压力稳定后再继续。
• 柱壁变形监测：在顶升过程中实时监测钢管柱壁的径向变形，当变形超过允许值时立即停止顶升，分析原因后制定对策。
• 应急措施：制定顶升过程中的应急预案，包括突然停顶、回顶、加固等措施，确保施工安全。

关键疑问与思考

• 文献提出的最大动态侧压力计算公式，其适用范围如何？对于不同柱径、不同壁厚、不同混凝土强度的矩形钢管混凝土柱，公式中的参数是否需要调整？
• 横隔板对侧压力的影响规律是否呈线性关系？当横隔板间距减小到一定程度时，侧压力的增长是否会出现饱和效应？
• 顶升施工中的侧压力不仅影响钢管柱壁的安全性，还可能影响混凝土的密实度和钢管与混凝土之间的粘结强度。这一长期效应是否已被充分考虑？
• 对于已有裂缝或损伤的矩形钢管混凝土柱，顶升施工中的侧压力分布是否会发生显著变化？是否需要针对受损柱体制定特殊的顶升方案？

学习心得与启示

本文的研究方法——现场实测与理论分析相结合——是解决工程实际问题的有效途径。纯理论分析往往难以准确反映施工过程中的复杂边界条件，而纯实测又缺乏理论指导。将两者有机结合，既能获得可靠的实测数据，又能通过理论分析揭示数据背后的物理机理，形成有价值的工程结论。

对于钢管制造企业而言，矩形钢管混凝土柱用钢管的制造质量直接影响顶升施工的安全性。钢管的几何精度（特别是矩形截面的对角线偏差和平面度）、焊接质量和材料性能，都是影响侧压力分布和柱壁稳定性的关键因素。钢管制造企业应加强与设计单位和施工单位的沟通，了解顶升施工的特殊要求，提供满足施工需求的高质量产品。