新型預(yù)制管混凝土柱粘結(jié)性能問題

(河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院 河北 邯鄲 056038)

一、概述

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的日益提升，建筑結(jié)構(gòu)逐漸向著大跨、超高方向轉(zhuǎn)變。各種各樣的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)運(yùn)而生。鋼管混凝土柱以其承載力高、整體剛度大、自重輕、施工速度快、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，已然成為學(xué)者研究的熱點(diǎn)結(jié)構(gòu)形式之一。鋼管混凝土柱是在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件，然而鋼管處在腐蝕或高溫環(huán)境中時(shí)會(huì)發(fā)生鋼材軟化，鋼管混凝土柱就會(huì)因鋼管遭到破壞而不能正常使用。天津大學(xué)提出的一種新型混凝土柱組合結(jié)構(gòu)[1]，即以混凝土預(yù)制管代替鋼管形成的一種新型預(yù)制管混凝土柱。該預(yù)制管混凝土柱不僅具有鋼管混凝土柱的優(yōu)點(diǎn)，而且克服了鋼管混凝土柱耐腐蝕、高溫性能差的缺陷。另外，預(yù)制管混凝土柱相對于鋼管混凝土柱成本較低，適用范圍更廣，是一種值得深入研究的新型組合結(jié)構(gòu)。

二、新型預(yù)制管混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

(一)構(gòu)件質(zhì)量易于保證

預(yù)制管混凝土柱中的預(yù)制管部分可以在工廠加工制造，機(jī)械化程度高，質(zhì)量容易得到保證。當(dāng)前工地使用的混凝土強(qiáng)度等級已高達(dá)C80，現(xiàn)澆施工時(shí)干擾因素多，混凝土整體質(zhì)量很難得到保證，為了達(dá)到混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，還必須采取成本較高的先進(jìn)技術(shù)及組織措施。而在預(yù)制構(gòu)件廠中，C60、C80甚至更高強(qiáng)度等級的混凝土已被廣泛的使用，混凝土預(yù)制管依據(jù)設(shè)計(jì)要求在工廠規(guī)?；a(chǎn)，成本可以得以降低。

(二)施工速度快

在工廠制作的混凝土預(yù)制管采用流水作業(yè)，生產(chǎn)速度快，不占用現(xiàn)場施工時(shí)間，可以顯著縮短工期、加快施工進(jìn)度。采用預(yù)制管混凝土柱可以節(jié)省柱結(jié)構(gòu)的支模和拆模兩道工序，并且可以在工廠完成大量的鋼筋綁扎工作，從而留給現(xiàn)場施工的只有少量的鋼筋綁扎，預(yù)制管吊裝，核心混凝土澆筑等工作，極大提高了施工效率。考慮到混凝土預(yù)制管自身就有較高的承載力，因此在核心混凝土養(yǎng)護(hù)完畢之前就可以進(jìn)入下一層的施工，省去了支模和混凝土終凝的時(shí)間，大大縮短了工期。

(三)文明施工

預(yù)制管不僅具有受力的作用，而且可以用作核心區(qū)混凝土現(xiàn)澆的支撐模板，這樣一來，不僅能夠節(jié)省大量的模板和支撐，減少施工占地，而且還對現(xiàn)場的文明施工和安全生產(chǎn)有益。

(四)整體受力形式較好

由于新型預(yù)制管混凝土柱中外殼預(yù)制管與核心混凝土都是以混凝土作為主要材料，相對于鋼管混凝土柱的協(xié)同工作性能，新型預(yù)制管混凝土柱的協(xié)同工作性能自然更加容易得到保證，并且使用相同材料的新型預(yù)制管混凝土柱與梁能夠?qū)崿F(xiàn)更好的緊密連接，現(xiàn)澆核心混凝土也能很好的克服預(yù)制框架體系整體性較弱的不足，從而確保了節(jié)點(diǎn)的整體性，極大增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)整體協(xié)作能力，提高了結(jié)構(gòu)的抗震性能。

(五)應(yīng)用范圍廣

預(yù)制管混凝土柱與鋼管混凝土柱具有相似的作用機(jī)理，而且混凝土預(yù)制管耐高溫，耐腐蝕性能比鋼管好，因此預(yù)制管混凝土柱的耐久性會(huì)更好，適應(yīng)范圍更廣，可以用作框架柱、橋墩柱及建筑物外部長柱等。

(六)裝修維護(hù)容易

預(yù)制管混凝土柱中的預(yù)制管可實(shí)現(xiàn)清水柱面。在施工現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)清水柱面，那就需要非常嚴(yán)格的模板工程，相應(yīng)的措施費(fèi)將會(huì)大大提高。而對于預(yù)制管混凝土柱結(jié)構(gòu)，在工廠規(guī)模化生產(chǎn)的預(yù)制管可以實(shí)現(xiàn)低成本高效率條件下的清水柱面施工，保證預(yù)制管混凝土柱表面狀況的同時(shí)可節(jié)省相應(yīng)的抹灰或者清水施工措施費(fèi)，并且預(yù)制管混凝土柱結(jié)構(gòu)具有較好的耐高溫耐腐蝕能力，易于后期的裝修維護(hù)。

(七)成本較低

模板是混凝土結(jié)構(gòu)施工中使用量大、面廣的施工機(jī)具，而采用預(yù)制管混凝土柱可以節(jié)省大量的模板用量。預(yù)制管混凝土柱的預(yù)制管在工廠預(yù)制成型，而在工廠中模板使用率較高，人均效率更快，單位面積的模板價(jià)格就會(huì)有所降低，并且施工現(xiàn)場僅僅需要吊裝工程，如此一來就會(huì)極大減少人力和財(cái)力。

(八)與鋼管混凝土相比，經(jīng)濟(jì)性、耐久性較好

鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)是一種很好的組合結(jié)構(gòu)，目前已被廣泛的應(yīng)用于工程中。與預(yù)制管混凝土柱結(jié)構(gòu)相比，鋼管具有較差的耐火性和耐腐蝕性，需要對鋼材表面進(jìn)行專門的防腐防火處理，而預(yù)制混凝土管完全能夠克服這些不足。另外就成本角度而言，鋼材的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于混凝土。

總而言之，新型預(yù)制管混凝土柱結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)。我國當(dāng)前尚沒有此類結(jié)構(gòu)體系的研究，更沒有工程實(shí)例，所以，進(jìn)行預(yù)制管混凝土柱的深入研究具有重要的理論意義和實(shí)際意義?？紤]到預(yù)制管混凝土柱結(jié)構(gòu)是一種足以媲美鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)的新型組合結(jié)構(gòu)，研究的理論意義自然不言而喻；對于實(shí)際意義，開展預(yù)制管混凝土柱結(jié)構(gòu)研究有助于推動(dòng)我國建筑工業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程，發(fā)展綠色環(huán)保建筑，并且益于實(shí)現(xiàn)建筑工程質(zhì)量提升和保障。

三、新型預(yù)制管混凝土柱粘結(jié)性能研究需要解決的幾個(gè)問題

從現(xiàn)有的鋼管混凝土研究資料來看，鋼管混凝土界面粘結(jié)性能研究主要集中以下三個(gè)方面：粘結(jié)強(qiáng)度、本構(gòu)關(guān)系和粘結(jié)機(jī)理。借鑒以上鋼管混凝土的粘結(jié)性能研究成果及研究方法，開展預(yù)制管混凝土柱粘結(jié)性能研究也需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。

(一)預(yù)制管混凝土柱界面粘結(jié)強(qiáng)度研究

對于鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，多數(shù)研究者都對其粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行過研究，發(fā)現(xiàn)影響粘結(jié)強(qiáng)度因素眾多。因此，粘結(jié)強(qiáng)度的研究是鋼管混凝土粘結(jié)性能的核心內(nèi)容之一。對于預(yù)制管混凝土柱粘結(jié)性能研究，也必須開展粘結(jié)強(qiáng)度的研究。

(二)預(yù)制管混凝土柱界面粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系研究

粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系，揭示粘結(jié)破壞過程中粘結(jié)力與滑移量的關(guān)系。這對于從量的角度準(zhǔn)確把握鋼管混凝土的粘結(jié)性能有意義。預(yù)制管混凝土柱粘結(jié)研究也需要確定界面粘結(jié)-滑移本構(gòu)關(guān)系。此外，從數(shù)值模擬角度上，也需要研究界面粘結(jié)-滑移曲線。

(三)預(yù)制管混凝土柱界面粘結(jié)破壞機(jī)理

預(yù)制管混凝土柱界面粘結(jié)力組成類似鋼管混凝土柱，也是主要由化學(xué)膠結(jié)力、機(jī)械咬合力和摩擦力三部分組成。但是，這三部分在整個(gè)預(yù)制管混凝土粘結(jié)作用中分別占多少比重，是如何工作的，分別受到什么因素的影響，破壞過程是如何進(jìn)行的都需要進(jìn)一步的研究。

四、結(jié)束語

本文闡述了新型預(yù)制管混凝土柱的產(chǎn)生過程，并對這種新型結(jié)構(gòu)柱的特點(diǎn)進(jìn)行了探討，最后在鋼管混凝土粘結(jié)性能問題基礎(chǔ)上提出了新型預(yù)制管混凝土柱粘結(jié)性能問題研究需要解決的幾個(gè)問題，為新型預(yù)制管混凝土柱粘結(jié)性能研究打下一定的基礎(chǔ)。