鋼管混凝土與鋼管再生骨料混凝土抗沖擊性能研究綜述

李文貴+羅智予+龍初+龍炳煌

摘要：介紹了鋼管混凝土（CFST）和鋼管再生骨料混凝土（RACFST）抗沖擊性能的研究概況，總結(jié)了鋼管混凝土在應(yīng)變率、高溫、約束系數(shù)、材料強(qiáng)度、沖擊能量和外包約束等不同因素影響下沖擊性能的相關(guān)研究成果，列舉出目前對于鋼管再生混凝土研究的不足之處。根據(jù)鋼管混凝土抗沖擊性能以及再生骨料混凝土相關(guān)特性，推測了鋼管再生骨料混凝土的抗沖擊性能。結(jié)果表明：鋼管再生骨料混凝土具有良好抗沖擊性能，相關(guān)結(jié)論為鋼管再生骨料混凝土抗沖擊性能的進(jìn)一步研究提供了參考。

關(guān)鍵詞：抗沖擊性能；鋼管混凝土；動態(tài)力學(xué)性能；鋼管再生骨料混凝土；落錘

中圖分類號：TU398文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Abstract： The general research situations of the impacts of concretefilled steel tube （CFST） and recycled aggregate concretefilled steel tube （RACFST） were introduced. The relevant research results of the impact property of CFST under different factors， such as strain rate， high temperature， constraint coefficient， material strength， impact energy and outsourcing constraints， were summarized. The current research results were summarized and the shortage of the current research were listed. According to the impact of CFST and the related properties of recycled aggregate concrete， the impact resistance of recycled aggregate concrete were speculated. The results show that RACFST has good impact resistance. The relevant conclusions indicate the direction of the further research on the impact property of RACFST.

Key words： impact resistance； concretefilled steel tube； dynamic mechanical property； recycled aggregate concretefilled steel tube； drop hammer

0引言

鋼管混凝土是指在鋼管內(nèi)填充普通混凝土而制成的構(gòu)件，鋼管混凝土將鋼材和混凝土優(yōu)勢互補(bǔ)，既能借助內(nèi)填混凝土提高鋼管壁受壓時的穩(wěn)定性，又因鋼管的套箍約束使內(nèi)部混凝土處于三向受壓而提高了抗壓強(qiáng)度，同時也提高了延性。鋼管混凝土因其優(yōu)越的力學(xué)性能和良好的抗震性能在高層和超高層建筑中被廣泛應(yīng)用。另外，人們將廢棄的混凝土塊經(jīng)過破碎、清洗、分級后，按一定比例與級配混合，部分或全部代替砂石等天然骨料（主要是粗骨料），再加入水泥、水等配成新的混凝土，這就是再生骨料混凝土。然而再生骨料混凝土因?yàn)楣橇媳砻娓接信f砂漿，破碎過程容易導(dǎo)致微裂紋產(chǎn)生等使其性能與普通混凝土有所區(qū)別。為了更好地利用再生骨料混凝土，一些學(xué)者將再生骨料混凝土填入鋼管構(gòu)成鋼管再生骨料混凝土，期望它能充分發(fā)揮兩者的優(yōu)勢，獲得更加優(yōu)越的工作性能。

針對汽車撞擊房屋結(jié)構(gòu)、高架橋墩、輪船撞擊橋墩和恐怖襲擊等時有發(fā)生的沖擊現(xiàn)象，為了更好地了解和推廣鋼管混凝土，學(xué)者對其抗沖擊性能進(jìn)行了應(yīng)變率、高溫、約束系數(shù)、材料強(qiáng)度、沖擊能量、外包約束、邊界條件和沖擊部位等不同因素影響的研究[1]，得到了一些重要結(jié)論。然而鋼管再生骨料混凝土抗沖擊性能的研究則相對較少，同時由于再生骨料混凝土力學(xué)性能的變異性，時常得到不一致的結(jié)論，使得需要進(jìn)行大量試驗(yàn)研究才能獲知鋼管再生骨料混凝土的抗沖擊性能。

本文通過梳理相關(guān)文獻(xiàn)，著重介紹和分析了近些年來鋼管混凝土和鋼管再生骨料混凝土的重要研究成果。按照鋼管混凝土軸向沖擊、側(cè)向沖擊順序進(jìn)行了綜述和分析，并依據(jù)這些結(jié)論結(jié)合再生骨料混凝土的特性，對鋼管再生骨料混凝土受沖擊性能進(jìn)行了推測。

1鋼管混凝土受沖擊性能

鋼管混凝土所受沖擊從不同的沖擊方向可以分為軸向沖擊和側(cè)向沖擊，其中軸向沖擊從應(yīng)變率水平由低到高常采用液壓裝置、落錘、霍普金森桿（SHPB）、輕氣泡沖擊等進(jìn)行試驗(yàn)。

1.1軸向沖擊

1.1.1液壓試驗(yàn)系統(tǒng)

陳肇元等[2]采用42根具有不同配筋率以及長徑比的鋼管混凝土柱進(jìn)行了靜載和快速加載對比試驗(yàn)，并進(jìn)行了爆炸曲線加載試驗(yàn)。結(jié)果表明，鋼管混凝土柱有較好的延性，快速加載與靜載無本質(zhì)區(qū)別，但強(qiáng)度和剛度有所增加。

1.1.2落錘沖擊

Prichard等[3]用落錘進(jìn)行了鋼管混凝土的沖擊試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)相比素混凝土，鋼管混凝土的承載力顯著提高，隨著加載速度以及鋼管壁厚的增加，接觸力都有提高；同時對破壞形式、沖擊力、鋼管表面應(yīng)變與素混凝土柱、鋁管和外包塑料管柱進(jìn)行了比較分析。

李靜[4]對16根鋼管混凝土短柱進(jìn)行落錘沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明鋼管壁厚對沖擊荷載有一定影響。在鋼管壁厚超過限值后，沖擊承載力隨著鋼管壁厚增加而增大，但趨勢逐漸減緩。李珠等[5]對16根鋼管混凝土短柱進(jìn)行了軸向沖擊試驗(yàn)以及仿真分析，得到了與文獻(xiàn)[4]一致的結(jié)論，試驗(yàn)結(jié)果還表明，縱向變形和沖擊速度呈線性關(guān)系，徑向變形和速度呈二次曲線關(guān)系，且試件上點(diǎn)的縱向應(yīng)變大于其環(huán)向應(yīng)變。

任夠平等[6]對具有3種不同套箍系數(shù)的15根鋼管混凝土短柱進(jìn)行了軸向落錘沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明隨著沖擊速度的增加變形增大，屈服后變形顯著增大，屬于延性破壞。同一沖擊速度下，隨套箍系數(shù)增加，試件的變形減小。鄭秋[7]利用落錘對鋼管壁厚分別為4 mm和6 mm的鋼管混凝土短柱進(jìn)行了軸向沖擊試驗(yàn)和有限元分析，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)2種壁厚的鋼管混凝土均以斜向剪切破壞為主。

沈亞麗等[89]采用落錘對2種壁厚的鋼管混凝土和2種碳纖維層數(shù)的鋼管約束混凝土短柱進(jìn)行了不同高度的軸向沖擊試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)外包碳纖維將改變鋼管混凝土的破壞形態(tài)且能較好地改善其性能。

任曉虎等[10]利用落錘進(jìn)行了高溫后鋼管混凝土短柱動態(tài)沖擊試驗(yàn)研究，高溫后鋼管混凝土在沖擊作用下產(chǎn)生了較大的壓縮變形，延性有所下降，但仍能夠保持很好的完整性，鋼管混凝土在高溫作用后有良好的抗沖擊能力，試驗(yàn)中采用的最高溫度等級為800 ℃?；綮o思等[11]進(jìn)行了更高溫度等級的試驗(yàn)，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，降低含鋼率和延長受火時間將明顯加劇試件的斜向剪切破壞程度，即使鋼管處于塑性流動狀態(tài)，強(qiáng)度很低，但是仍能給混凝土提供很好的約束，保證其截面完整性。對有抗火災(zāi)倒塌和抗沖擊要求的結(jié)構(gòu)需要合理的含鋼率。

1.1.3霍普金森桿沖擊

田志敏等[12]采用霍普金森桿進(jìn)行了鋼管超高強(qiáng)混凝土（RPC）在沖擊荷載下的試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，鋼管RPC試件比無鋼管約束的RPC承載能力大得多，且承載能力的提高一部分是因?yàn)殇摴軐炷恋募s束作用，當(dāng)其他條件一定時隨混凝土強(qiáng)度等級提高，鋼管和混凝土復(fù)合構(gòu)件的承載力將提高，隨鋼管壁厚的增加亦有類似現(xiàn)象。同時發(fā)現(xiàn)鋼管和混凝土的軸向剛度比值是影響鋼管超高強(qiáng)混凝土構(gòu)件抗沖擊荷載能力的控制因素。

Xiao等[13]采用分離式霍普金森桿進(jìn)行高應(yīng)變率下的鋼管混凝土軸向沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明，應(yīng)變率越大，動態(tài)強(qiáng)度增大系數(shù)越大，鋼管混凝土對應(yīng)變率的敏感性不如普通混凝土。

鄭秋等[14]利用分離式霍普金森桿進(jìn)行了高溫下鋼管混凝土試件的抗沖擊研究。按照文獻(xiàn)[15]分析了高溫下屈服強(qiáng)度變化，試驗(yàn)結(jié)果表明，隨溫度提高，試件的強(qiáng)度下降明顯，但是仍然具有良好的變形能力和后期承載力，鋼管混凝土在高溫下仍具有優(yōu)越性能。何遠(yuǎn)明等[16]以溫度和沖擊速度為主要試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行了鋼管混凝土抗沖擊研究，相對于文獻(xiàn)[14]的試驗(yàn)研究，試件尺寸更大且更與實(shí)際接近，最高溫度升至800 ℃，研究發(fā)現(xiàn)常溫和高溫下鋼管混凝土均有顯著的應(yīng)變率效應(yīng)，而高溫下鋼管混凝土強(qiáng)度和耗能能力均受高溫劣化影響顯著。鋼管混凝土進(jìn)入塑性之后仍能保持良好的抗沖擊能力。在文獻(xiàn)[14]的試驗(yàn)基礎(chǔ)上，Huo等[17]進(jìn)一步進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)高溫下鋼材與混凝土的沖擊動態(tài)響應(yīng)與常溫下不同，且動力增大系數(shù)不如常溫下的大。

Huo等[18]采用霍普金森桿進(jìn)行了800 ℃高溫下鋼管混凝土的軸向沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：溫度、沖擊速度以及含鋼率對鋼管混凝土高溫下受沖擊性能有顯著的影響，但在參數(shù)范圍內(nèi)高溫、長徑比、含鋼率的變化并不會引起破壞模式的改變；高溫下內(nèi)填普通混凝土的鋼管混凝土比內(nèi)填微型混凝土的鋼管混凝土有更優(yōu)越的抗沖擊性能。

霍靜思等[19]采用霍普金森桿進(jìn)行了高溫后鋼管混凝土多次沖擊后的性能研究，結(jié)果表明，鋼管混凝土的耗能能力隨溫度升高有所增加，高溫后鋼管混凝土具有良好的耗能能力。常溫和高溫下多次沖擊后鋼管混凝土強(qiáng)度降低幅度并不顯著，鋼管混凝土可以用于有抗火災(zāi)倒塌與高溫抗爆和抗沖擊要求的結(jié)構(gòu)。

1.1.4輕氣泡沖擊

張望喜等[20]等利用57輕氣泡試驗(yàn)裝置進(jìn)行了鋼管混凝土柱的沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明，沖擊速度越大殘余變形越大，外包碳纖維能改善試件的抗沖擊性能，鋼管混凝土在如此高應(yīng)變率的沖擊行為下仍有較好的性能。

Xiao等[21]采用輕氣泡以外包約束和沖擊速度為試驗(yàn)參數(shù)研究了鋼管混凝土與約束鋼管混凝土的性能，結(jié)果表明提供的側(cè)向約束能有效改善鋼管混凝土的抗沖擊性能。單建華[22]采用霍普金森桿進(jìn)行了鋼管混凝土和素混凝土抗沖擊性能的對比，結(jié)果表明，鋼管混凝土受力之后形狀保持良好，屬于塑性破壞；同時采用一級輕氣泡進(jìn)行了鋼管混凝土和約束鋼管混凝土的沖擊試驗(yàn)，并結(jié)合有限元軟件探索了鋼管壁厚以及外包碳纖維的增加對抗沖擊性能的影響。

1.2側(cè)向沖擊

在鋼管混凝土抗側(cè)向沖擊方面，一般是采用落錘試驗(yàn)和有限元模擬分析來進(jìn)行研究。

賈電波[23]進(jìn)行了鋼管混凝土抗側(cè)向沖擊的研究，結(jié)果表明，試件破壞過程屬于塑性破壞，經(jīng)歷彈性變形、彈塑性變形、極限狀態(tài)3個階段，變形主要集中在沖擊處很小范圍內(nèi)，這個范圍外的鋼管混凝土試件變形基本呈直線。鋼管混凝土具有較好的抵抗側(cè)向沖擊的能力。試驗(yàn)結(jié)果還表明，混凝土強(qiáng)度越高，試件受到的約束越強(qiáng)，耐沖性能就越好，其中提高含鋼率是提高沖擊性能的最佳方式。

王蕊等[24]對3種不同套箍系數(shù)的兩端簡支鋼管混凝土梁側(cè)向沖擊荷載作用下的動力響應(yīng)進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，沖擊力時程曲線可劃分為振蕩階段、穩(wěn)定階段和衰減階段3個階段，文獻(xiàn)[23]也有這一結(jié)論。同時試驗(yàn)結(jié)果表明，套箍系數(shù)對沖擊力的影響要比對撓度的影響小得多。Wang等[25]對約束系數(shù)分別為1.23和0.44的鋼管混凝土試件進(jìn)行了落錘沖擊和仿真模擬，結(jié)果表明，約束系數(shù)為1.23的試件呈延性破壞且沖擊力時程曲線有峰值階段、平臺值階段和卸載階段，而約束系數(shù)為0.44的試件呈脆性破壞且不出現(xiàn)平臺值階段。

王蕊等[24]通過理論分析建立了局部變形和整體變形的關(guān)系，并推導(dǎo)出低速沖擊下整體變形的計(jì)算公式，結(jié)果吻合良好。涂勁松等[26]通過落錘以及仿真模擬對鋼管混凝土跨中撓度進(jìn)行了分析，得出了跨中撓度與沖擊能量及約束效應(yīng)系數(shù)間的關(guān)系，并通過回歸分析得出了撓度的近似計(jì)算公式。任夠平等[27]采用落錘試驗(yàn)與有限元模擬對鋼管混凝土柱側(cè)向沖擊作用下的橫向撓度和撓度曲線進(jìn)行了研究，并分析了測得的跨中最終撓度隨套箍系數(shù)、約束類型及沖擊能量變化的變化規(guī)律。

李珠等[28]對固簡支的8根鋼管混凝土構(gòu)件進(jìn)行了落錘側(cè)向沖擊試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，鋼管壁厚大的試件沖擊力峰值和平臺值均較大，破壞所需臨界能量也較大，這是因?yàn)閺澢?、拉伸和剪切的?lián)合作用破壞開始于跨中底部以及固支端頂部。王瑞峰[29]采用落錘對兩端固支、兩端鉸支和一端固支、一端鉸支3種不同約束情況下的沖擊性能展開了研究，結(jié)果表明，鋼管混凝土構(gòu)件有較好的延性，抗沖擊性能良好，且約束越強(qiáng)，耐沖性能越好。

Bambach等[30]進(jìn)行了方空心鋼管梁和方鋼管混凝土梁2種試件完全固支低速高質(zhì)量下的沖擊對比研究；同時還做了靜力荷載與動力沖擊的對比分析，發(fā)現(xiàn)由于內(nèi)置混凝土能夠很大程度減小局部變形，鋼管混凝土梁能夠承受更大的荷載，文獻(xiàn)[31]也有類似結(jié)論。文獻(xiàn)[30]按照彈塑性理論建立了空心鋼管梁和鋼管混凝土梁力位移與能量吸收等關(guān)系，在試驗(yàn)基礎(chǔ)上提出了空心鋼管梁以及鋼管混凝土梁受橫向沖擊的設(shè)計(jì)公式。

Bambach等[32]還進(jìn)行了與文獻(xiàn)[30]類似的試驗(yàn)，研究了軸向力、轉(zhuǎn)動約束、軸向約束、鋼管材料性能和混凝土填充等因素對吸收能量的影響，進(jìn)一步提出了設(shè)計(jì)方法。結(jié)果表明，內(nèi)置的混凝土對鋼管混凝土吸收能量的能力提升基本沒有什么幫助，但是外鋼管以及兩端的約束對耗能能力有很大幫助，提供軸向約束會引起薄膜張力作用，是提高耗能能力的最顯著方式。Remennikov等[33]進(jìn)行了鋼管混凝土、鋼管硬質(zhì)聚氨酯泡沫和空心鋼管在落錘橫向沖擊下的試驗(yàn)。結(jié)果表明，鋼管混凝土抗沖擊性能和耗能能力最好，鋼管硬質(zhì)聚氨酯泡沫次之，硬質(zhì)聚氨酯泡沫可以作為鋼管內(nèi)的填充物，構(gòu)成組合結(jié)構(gòu)用以提高構(gòu)件耗能能力。

在實(shí)際情況中，當(dāng)柱受到撞擊時，柱兩端是受軸力作用的。王蕊[34]在鋼管混凝土受側(cè)向沖擊時考慮了軸力的影響，結(jié)果表明，鋼管壁厚為1.7 mm的構(gòu)件跨中撓度會在軸壓力作用下變小，而鋼管壁厚為3.5 mm和4.5 mm的構(gòu)件跨中撓度都會增大，并且當(dāng)鋼管壁厚為3.5 mm的構(gòu)件軸壓力為0.3 N0（N0為鋼管再生骨料混凝土軸心受壓短柱的承載力設(shè)計(jì)值）時，出現(xiàn)了瞬間失穩(wěn)的現(xiàn)象，文獻(xiàn)[35]獲得了相一致的結(jié)論。Yousuf等[36]通過試驗(yàn)和有限元分析進(jìn)行了預(yù)壓軸力和橫向靜力荷載綜合作用下空心鋼管柱及鋼管混凝土柱的沖擊性能研究，討論了低碳鋼以及不銹鋼2種材料的影響，并且得出了不銹鋼試件比低碳鋼試件具有更高的強(qiáng)度及耗能能力的結(jié)論。

任曉虎等[37]利用落錘沖擊試驗(yàn)機(jī)和高溫試驗(yàn)爐研究了沖擊能量和受火時間對鋼管混凝土梁抗沖擊性能的影響。結(jié)果表明，隨著受火時間的延長，構(gòu)件的彎曲程度和塑性區(qū)長度將增大，最大沖擊力減小，抗彎剛度減小。隨沖擊能量的增大，最大沖擊力將增大，構(gòu)件的彎曲程度和塑性區(qū)長度減小。相比鋼管混凝土短柱，鋼管混凝土梁的動態(tài)承載力增大系數(shù)要小，在火災(zāi)高溫之后仍有良好的抗沖擊性能。此外還發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土梁通過彎曲變形耗散了大部分沖擊能量，這與文獻(xiàn)[23]的結(jié)論一致。

侯川川等[38]建立有限元模型進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)鋼材屈服強(qiáng)度對構(gòu)件抗沖擊能力影響較為顯著，但是對混凝土強(qiáng)度變化的影響則相對較小。章琪等[39]通過有限元分析研究了鋼管混凝土跨中遭受側(cè)向沖擊后受壓承載力的變化，發(fā)現(xiàn)沖擊后受壓試件的性能將會降低，將提前進(jìn)入屈服階段，屈服強(qiáng)度降低，屈服應(yīng)變減小，延性有很大程度降低。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，約束效應(yīng)系數(shù)對鋼管混凝土柱抗沖擊性能起主要影響作用。

章琪等[40]采用ABAQUS軟件分析了不同截面的鋼管混凝土抗沖擊性能，發(fā)現(xiàn)對于外徑相同的實(shí)心鋼管混凝土，增大鋼管壁厚可顯著減小跨中撓度。在一定范圍內(nèi)若適當(dāng)減少核心混凝土，以空心鋼管代替，能夠提高構(gòu)件的抗沖擊性能。相同混凝土用量和鋼材用量時實(shí)心鋼管混凝土抗沖擊性能最好，內(nèi)插雙H型鋼鋼管混凝土次之，空心鋼管混凝土較差。王洪欣等[41]進(jìn)行了空心鋼管受側(cè)向沖擊的研究，結(jié)果表明，隨空心率變大，撓度變大。于璐等[4244]采用ABAQUS對不同約束情況下的十字形鋼管混凝土柱、不同長細(xì)比的T形鋼管混凝土柱，以及L形鋼骨混凝土異形柱的沖擊性能進(jìn)行了研究。

另外，還有不少學(xué)者對鋼管混凝土的側(cè)向沖擊進(jìn)行了其他方面的研究，瞿海雁等[4547]通過分析構(gòu)件支座和跨中塑性鉸形成的特征，提出了鋼管混凝土側(cè)向沖擊時的簡化分析模型，有效估算了跨中和支座的動態(tài)截面極限彎矩和跨中截面最大撓度，并采用模型和試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合的方式進(jìn)行了一系列側(cè)向沖擊下的研究。余敏等[48]采用有限元方法首先對鋼管混凝土柱側(cè)向落錘結(jié)果進(jìn)行模擬和驗(yàn)證，然后進(jìn)行了實(shí)心鋼管混凝土柱和空心鋼管混凝土柱側(cè)向遭受汽車撞擊的研究，陳忱等[49]通過仿真分析考察了不同F(xiàn)RP種類、包裹層數(shù)、包裹形式以及鋼管壁厚等情形下鋼管混凝土的抗沖擊特性。鞠翱天等[50]采用有限元模擬軟件分析了鋼管混凝土鐵路橋限高防護(hù)架在汽車碰撞作用下的動力響應(yīng)。Han等[51]采用落錘及仿真模擬對鋼管高強(qiáng)混凝土橫向沖擊性能進(jìn)行了研究，并對靜力荷載和沖擊作用下的受力狀態(tài)、內(nèi)力分布、受彎承載力進(jìn)行了比較分析。Deng等[52]進(jìn)行了9個簡支鋼管混凝土試件、2個后張拉鋼管混凝土以及1個纖維增強(qiáng)鋼管混凝土的沖擊試驗(yàn)，結(jié)果表明，后張拉鋼管混凝土以及纖維增強(qiáng)鋼管混凝土的受沖擊性能比普通鋼管混凝土要優(yōu)越。

總之，學(xué)者對鋼管混凝土抗沖擊方面進(jìn)行了充分的研究，獲得了很多較為一致的結(jié)論。在軸向方面，動態(tài)荷載下鋼管混凝土構(gòu)件承載能力有所提高，并在一定范圍內(nèi)隨沖擊速度增加而提高；隨鋼管壁厚增加以及混凝土強(qiáng)度提高，鋼管混凝土構(gòu)件承載能力有所提高，鋼管壁厚超過一定范圍時承載能力提高幅度有所減小，試件一般呈斜向剪切破壞；高溫下隨溫度升高鋼管混凝土承載能力有所下降，高溫下鋼管混凝土仍具有應(yīng)變率效應(yīng)以及良好的抗沖擊性能；外包碳纖維可以改善鋼管混凝土構(gòu)件的抗沖擊性能。

在側(cè)向方面，一些研究結(jié)果均表明，沖擊力時程曲線可劃分為振蕩階段、穩(wěn)定階段、衰減階段3個階段。試件經(jīng)歷彈性變形、彈塑性變形、極限狀態(tài)3個階段，變形主要集中在沖擊處及兩端處很小范圍內(nèi)。在高溫下因?yàn)榛炷烈约颁摬牟牧闲阅芰踊?，隨著受火時間延長，構(gòu)件的彎曲程度和塑性區(qū)長度將增大，最大沖擊力則減??；同時隨受火時間延長，鋼管混凝柱的抗彎剛度減小。隨沖擊能量的增大，最大沖擊力將增大。相比鋼管混凝土短柱，鋼管混凝土梁的動態(tài)承載力增大系數(shù)要小。此外，鋼材屈服強(qiáng)度對構(gòu)件抗沖擊能力影響較為顯著，混凝土強(qiáng)度變化的影響則相對較小。增大鋼管壁厚可顯著減小跨中撓度，同時也是改善鋼管混凝土側(cè)向沖擊性能的最有效方式之一，鋼管混凝土具有較好的抵抗側(cè)向撞擊的能力。

當(dāng)前研究也有一些不完善的地方，比如所進(jìn)行的都是軸向中心沖擊，沒有偏心沖擊的研究，而后者在現(xiàn)實(shí)生活中是常見的。因?yàn)闆]有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)以及研究的實(shí)際情況不同，各學(xué)者分析時采用的指標(biāo)不一樣，有的用屈服強(qiáng)度研究，有的用極限強(qiáng)度，同時在屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度等取值上采用的方式也不同，這對研究結(jié)果會產(chǎn)生影響。部分有代表性的取值如表1，2所示。

另外，各因素的影響多屬于定性研究，尚未形成科學(xué)的定量關(guān)系。沖擊荷載下動態(tài)承載力增大系數(shù)、撓度等關(guān)鍵指標(biāo)雖然有學(xué)者提出計(jì)算公式，但是理論與實(shí)際方面均存在不足，應(yīng)用范圍也有很大限制，需要進(jìn)一步完善。動態(tài)強(qiáng)度公式及其與實(shí)際值的符合情況統(tǒng)計(jì)如表3所示。

張智成[53]采用6根鋼管混凝土和16根鋼管再生骨料混凝土構(gòu)件，對鋼管再生骨料混凝土構(gòu)件的抗沖擊性能進(jìn)行了研究，其試驗(yàn)主要涉及再生骨料混凝土粗骨料取代率、軸壓荷載、落錘高度等影響因素。結(jié)果表明，在受到側(cè)向沖擊荷載作用下，鋼管再生骨料混凝土具有良好的塑性變形能力，軸向壓力和側(cè)向沖擊荷載有耦合效應(yīng)，再生骨料混凝土粗骨料取代率、落錘高度和軸向荷載對試件抗沖擊承載力的影響總體不明顯。3鋼管再生骨料混凝土抗沖擊性能的推測再生骨料混凝土與普通混凝土的顯著差別在于再生骨料表面包有一層老砂漿，表面粗糙，棱角多，同時骨料含有微裂紋，隨機(jī)性變異大，造成其與普通混凝土性能的差異。雖然目前研究較少，但是通過對鋼管混凝土抗沖擊性能的研究和再生骨料混凝土靜態(tài)和動態(tài)的相關(guān)研究，可以對鋼管再生骨料混凝土的抗沖擊性能進(jìn)行合理推測。

3.1軸向沖擊性能

在軸向沖擊方面，李杰等[55]所概括的普通混凝土應(yīng)變率效應(yīng)的因素同樣對于再生骨料混凝土有作用。因此，高應(yīng)變率下鋼管再生骨料混凝土強(qiáng)度會有所提升，隨著應(yīng)變率的增大，強(qiáng)度提高。提高再生骨料混凝土強(qiáng)度，增加鋼管壁厚和鋼管強(qiáng)度均能提高鋼管再生骨料混凝土抗沖擊強(qiáng)度，其中在一定范圍內(nèi)增加鋼管壁厚能顯著增加約束效應(yīng)，故其對抗沖擊強(qiáng)度的提高作用相比其他幾種方式更有效，但是鋼管壁厚超過一定范圍后增加幅度就相對降低。

再生骨料混凝土相比普通混凝土材料性能稍差，所以鋼管再生骨料混凝土的性能應(yīng)該比鋼管普通混凝土要低，但是由于鋼管和混凝土共同承受外力，其間還有鋼管對混凝土的約束，所以混凝土對承載力貢獻(xiàn)的比重有所降低，影響有所削弱，故鋼管再生骨料混凝土相對鋼管普通混凝土的強(qiáng)度差異要小于再生骨料混凝土相對普通混凝土的強(qiáng)度差異。陳杰[56]認(rèn)為鋼管再生骨料混凝土相對鋼管普通混凝土的抗壓強(qiáng)度降幅在10%以內(nèi)，邱昌龍[57]則發(fā)現(xiàn)強(qiáng)度降幅在5%以內(nèi)，王玉銀等[58]的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明抗壓強(qiáng)度變化幅度在-14.3%～9%范圍。Hansen[59]統(tǒng)計(jì)得到再生骨料混凝土較普通混凝土抗壓強(qiáng)度降低幅度在5%～40%之間。在沖擊荷載作用下，裂縫來不及發(fā)展，因此再生骨料的2層界面及微裂縫等不利因素對抗壓強(qiáng)度的影響進(jìn)一步減小，這種現(xiàn)象在高應(yīng)變率下將更為明顯，所以鋼管再生骨料混凝土抗軸向沖擊的能力與鋼管混凝土的差異會很小，鋼管再生骨料混凝土將具有良好的抗沖擊性能。

在高溫下由于核心混凝土材料劣化，將導(dǎo)致再生骨料混凝土自身多界面、多裂紋等差異的影響變得不那么顯著。劉軼翔等[60]的研究表明，由于再生骨料混凝土的比熱容高于普通混凝土，導(dǎo)熱系數(shù)低于普通混凝土，所以再生骨料混凝土的升溫慢于普通混凝土，具有更強(qiáng)的耐熱性能。因此，高溫下鋼管再生骨料混凝土軸向抗沖擊性能應(yīng)該不會顯著低于鋼管普通混凝土，甚至可能會更好。

3.2側(cè)向沖擊性能

由于再生骨料混凝土性能劣于普通混凝土，所以鋼管再生骨料混凝土側(cè)向沖擊能力可能會劣于鋼管再生骨料混凝土，但從文獻(xiàn)[53]的落錘試驗(yàn)可以看出，核心混凝土除了跨中和兩端支座混凝土有明顯局部損傷外，其余區(qū)域混凝土并沒有明顯損傷。梁跨中下方有大范圍拉裂縫，一些情況下鋼管會發(fā)生斷裂，大多數(shù)側(cè)向沖擊的研究均是這一破壞形態(tài)[2324]。這表明沖擊荷載作用下外鋼管要承受相當(dāng)一部分力而很大區(qū)域的混凝土并沒有對承載能力做出較大貢獻(xiàn)，同時破壞嚴(yán)重區(qū)域的混凝土有一部分承受拉力，而且出現(xiàn)裂縫退出工作，并沒有充分發(fā)揮其承載力。因此，核心混凝土對承載能力的貢獻(xiàn)有限，使內(nèi)置再生骨料混凝土還是普通混凝土引起的構(gòu)件強(qiáng)度差別不大。文獻(xiàn)[38]的研究表明混凝土強(qiáng)度變化對鋼管混凝土側(cè)向沖擊性能的影響較小也證明了這一點(diǎn)。雖然再生骨料混凝土多了集料與老砂漿界面這一薄弱層，但是沖擊速度較快的情況下很多裂縫沒有足夠時間很好地發(fā)展，而主裂縫因?yàn)楦咚贈_擊有沿著較短路徑發(fā)展而不是沿著界面破壞的傾向，所以再生骨料混凝土與普通混凝土間的差異被進(jìn)一步縮小。因此，可能會有粗骨料取代率對鋼管再生骨料混凝土抗側(cè)向沖擊承載力的影響總體不明顯這一結(jié)論，文獻(xiàn)[53]的試驗(yàn)結(jié)果符合這一點(diǎn)。

按照鋼管普通混凝土的相關(guān)研究結(jié)論可以推知，由于鋼管對承載能力有較大貢獻(xiàn)，所以增加鋼管強(qiáng)度和鋼管壁厚可以有效提高鋼管再生骨料混凝土抗側(cè)向沖擊的能力，增加兩端約束也可以一定程度上提高抗側(cè)向沖擊的能力。受到高溫作用后鋼管再生骨料混凝土的強(qiáng)度將降低，相比鋼管再生骨料混凝土短柱，梁的動態(tài)承載力增大系數(shù)要小。綜合以上分析可以認(rèn)為鋼管再生骨料混凝土與鋼管普通混凝土在抵抗側(cè)向沖擊方面無太大差異，具有良好的抗側(cè)向沖擊性能。4結(jié)語

（1）鋼管再生骨料混凝土是有效運(yùn)用再生骨料混凝土這一經(jīng)濟(jì)、環(huán)保材料的重要方式，具有廣闊的應(yīng)用前景。建筑結(jié)構(gòu)面臨著汽車撞擊、恐怖襲擊等日益增多的沖擊問題，對鋼管再生骨料混凝土進(jìn)行抗沖擊研究具有重要的工程意義。

（2）對于鋼管混凝土抗沖擊性能已經(jīng)有大量研究，本文按照應(yīng)變率由低到高分別對鋼管混凝土軸向沖擊以及側(cè)向沖擊進(jìn)行了綜述，列舉了鋼管混凝土在應(yīng)變率、高溫、約束系數(shù)、材料強(qiáng)度、沖擊能量和外包約束等不同因素影響下沖擊性能方面的研究結(jié)論，并列舉出當(dāng)前研究的不足。

（3）對鋼管再生骨料混凝土受沖擊的研究很少，本文基于鋼管混凝土抗沖擊的研究以及再生骨料混凝土的相關(guān)性能，從軸向和縱向2個角度出發(fā)推測了鋼管再生骨料混凝土的抗沖擊性能，得出了鋼管再生骨料混凝土具有良好的抗沖擊性能，適用于工程實(shí)踐的結(jié)論，但是尚需要試驗(yàn)研究的跟進(jìn)用以驗(yàn)證理論的正確性，彌補(bǔ)理論推導(dǎo)的不足。

（4）鋼管再生骨料混凝土抗沖擊性能方面需要進(jìn)行大量的研究，其研究工作大體與鋼管普通混凝土類似。不同的是，在既定的研究下應(yīng)該考慮骨料取代率、骨料來源和水灰比等再生骨料混凝土的相關(guān)屬性，了解其影響并通過調(diào)整這些屬性來改善鋼管再生骨料混凝土的抗沖擊性能。

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