鋼管再生混凝土力學(xué)性能的研究進(jìn)展

田 璐

(中國(guó)十七冶集團(tuán)有限公司,安徽 馬鞍山 243000)

近年來，隨著我國(guó)城市建設(shè)的高速發(fā)展，對(duì)建筑材料的消耗量越來越大，而混凝土是使用量最大的建筑材料，它具有抗壓強(qiáng)度大、耐久性好、抗震性能好、可模性好、取材容易和生產(chǎn)技術(shù)要求較低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)缺點(diǎn)也較為明顯，如抗拉強(qiáng)度較小、脆性大和易開裂等。大量使用混凝土對(duì)自然資源的消耗極為巨大，必然造成環(huán)境問題。老舊建筑物和構(gòu)筑物拆除及自然災(zāi)害如地震等則會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄混凝土，如果僅靠堆棄和掩埋解決諸如此類的建筑垃圾，必然造成環(huán)境的二次污染。

將廢棄混凝土加工處理后作為骨料摻入混凝土中制成再生混凝土則是解決上述問題的有效措施。鋼管混凝土技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)較為成熟，因其承載力高、延性好和建筑材料使用量相對(duì)較少等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛使用，所以鋼管再生混凝土是一種較為合理的再生混凝土技術(shù)使用方案，兩者結(jié)合使用可以充分發(fā)揮再生混凝土和鋼管混凝土的材料特性優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)廢棄混凝土的回收利用和再生混凝土技術(shù)的研究發(fā)展。

1 再生鋼管混凝土的軸向受壓性能

Mohanraj等[1]開展了鋼管再生混凝土柱的軸向受壓試驗(yàn)，結(jié)果表明，在相同含鋼率的條件下，鋼管再生混凝土柱的極限承載力和延性要大于普通的鋼筋混凝土柱和鋼筋再生混凝土柱，而且鋼管再生混凝土柱節(jié)省了10%左右的混凝土材料，說明了鋼管再生混凝土用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中的可行性。而邱昌龍[2]也得出了類似的結(jié)論，并且提出了在鋼管再生混凝土柱中摻入膨脹劑可有效提高其抗壓強(qiáng)度。

Konno等[3]對(duì)軸向荷載作用下的鋼管再生混凝土柱力學(xué)性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明鋼管再生混凝土的力學(xué)性能和普通鋼管混凝土類似，但再生鋼管混凝土柱的斷裂速度相較于普通混凝土柱要快一些，雖然再生混凝土柱的極限承載力和剛度都要低于普通鋼管混凝土，但其提供的力學(xué)強(qiáng)度足以正常使用。

張向?qū)萚4]分別對(duì)圓鋼管再生混凝土長(zhǎng)柱和方鋼管再生混凝土長(zhǎng)柱進(jìn)行軸壓靜力單調(diào)加載試驗(yàn)，考慮了截面形式、再生粗骨料取代率、長(zhǎng)徑比3個(gè)影響因素，試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果表明，在加載過程中，鋼管再生混凝土柱的受力過程與普通鋼管混凝土柱類似，分為彈性階段、屈服階段和破壞階段，破壞形態(tài)分為材料強(qiáng)度破壞和彈塑性失穩(wěn)破壞。隨著長(zhǎng)徑比的增加，圓鋼管再生混凝土柱的承載力逐漸降低，但是對(duì)方鋼管再生混凝土柱的影響并不明顯。再生骨料取代率對(duì)鋼管再生混凝土柱的承載力影響變化較小。

馬輝等[5]對(duì)圓鋼管型鋼再生混凝土組合柱進(jìn)行了軸心受壓試驗(yàn)，分析了再生粗骨料取代率、鋼管徑厚比、截面型鋼配鋼率和長(zhǎng)細(xì)比等4個(gè)影響因素，試驗(yàn)結(jié)果表明，組合柱的破壞形態(tài)主要表現(xiàn)為在截面型鋼屈服后鋼管表面發(fā)生鼓曲變形破壞，核心再生混凝土則發(fā)生剪切破壞和壓潰破壞。隨著再生骨料取代率的提高，組合柱軸向承載力隨之降低，但變形能力依然良好。隨著長(zhǎng)徑比的減小，鋼管徑厚比的減小和型鋼配筋率的提高，試件的軸向承載力均隨之提高。

2 再生鋼管混凝土的偏心受壓性能

Yang等[6]研究了鋼管再生混凝土柱在偏心荷載作用下的力學(xué)性能，研究結(jié)果表明，鋼管再生混凝土柱的破壞形態(tài)與普通鋼管混凝土類似，屬于整體屈曲破壞，而隨著偏心距的增大，鋼管再生混凝土柱的極限承載力隨之下降。

曹萬林等[7]研究了圓鋼管高強(qiáng)再生混凝土柱的偏心受壓性能，結(jié)果表明，圓鋼管高強(qiáng)再生混凝土柱的偏壓破壞形態(tài)和損傷發(fā)展過程與普通鋼管混凝土柱相似，再生混凝土與鋼管能夠充分協(xié)同工作，變形性能較好。圓鋼管高強(qiáng)再生混凝土柱的承載力、延性及耗能都有所提高，剛度退化過程與普通鋼管混凝土柱類似。隨著偏心距的增加，圓鋼管高強(qiáng)再生混凝土柱的承載力隨之下降，剛度退化變快，但延性卻有所提高。

陳宗平等[8]研究了方鋼管再生混凝土柱在偏心受壓作用下的性能退化規(guī)律，以再生粗骨料取代率、長(zhǎng)細(xì)比和偏心距作為影響因素，結(jié)果表明，方鋼管再生混凝土柱的承載力要低于普通鋼管混凝土，試件的極限承載力隨著長(zhǎng)細(xì)比和偏心距的增大而減小。試件耗能能力隨著偏心距和長(zhǎng)細(xì)比的增大而提高，而隨著再生粗骨料取代率的提高而降低，總體來說，偏壓試件的耗能能力優(yōu)于軸壓試件。

3 再生鋼管混凝土的抗震性能

董宏英等[9]對(duì)圓鋼管再生混凝土柱進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)，考慮了再生骨料取代率、剪跨比和軸壓比等影響因素對(duì)試件抗震性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，再生粗骨料取代率和軸壓比的變化對(duì)試件的抗震性能影響并不明顯，而剪跨比對(duì)試件的抗震性能影響較為顯著，隨著剪跨比的提高，試件承載力明顯下降，但延性變好。在具體分析了各試件的破壞特征、承載力、延性、滯回曲線、耗能能力、剛度退化等特性之后可以得出，鋼管再生混凝土柱具有優(yōu)秀的耗能能力和抗震能力。

Tang等[10]對(duì)鋼管再生混凝土柱開展了低周反復(fù)加載試驗(yàn)，并采用有限元方法，研究了長(zhǎng)徑比、徑厚比和軸壓比對(duì)鋼管再生混凝土柱抗震性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算結(jié)果表明，相較于普通再生混凝土柱，鋼管再生混凝土柱表現(xiàn)出了優(yōu)異的抗震性能和變形能力，表明了鋼管再生混凝土結(jié)構(gòu)作為于地震區(qū)的工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行使用。

黃一杰[11]對(duì)6個(gè)再生混凝土試件開展低周反復(fù)加載試驗(yàn)，以再生粗骨料取代率、混凝土強(qiáng)度等級(jí)為主要影響因素，結(jié)果表明，鋼管再生混凝土柱具有良好的抗震性能。試件的延性、滯回性能、耗能能力受再生粗骨料取代率和混凝土強(qiáng)度等級(jí)變化的影響不大，試件的極限承載力受再生粗骨料取代率變化的影響并不顯著。

4 結(jié)論與展望

1)鋼管再生混凝土柱的軸向受壓和偏心受壓性能可以滿足實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能的要求，其受力特性基本與普通鋼管混凝土類似。

2)鋼管再生混凝土在低周反復(fù)加載等擬靜力試驗(yàn)中表現(xiàn)出了優(yōu)秀的抗震能力和耗能能力，可以將其用于地震區(qū)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工中。

3)目前國(guó)內(nèi)對(duì)鋼管再生混凝土的設(shè)計(jì)和施工等方面沒有形成一套完善的規(guī)范和體系，無法大范圍投入實(shí)際工程使用，那么形成一套鋼管再生混凝土設(shè)計(jì)施工規(guī)范是推廣其大范圍應(yīng)用的工作重點(diǎn)。

4)鋼管再生混凝土施工過程容易出現(xiàn)核心混凝土不夠密實(shí)的現(xiàn)象，影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，可以研究將自密實(shí)混凝土應(yīng)用于鋼管再生混凝土中的性能，以期提高核心混凝土的密實(shí)性，提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。