钢管再生混凝土结构现状研究

2018-02-17田亮亮王志强

建材与装饰 2018年30期

田亮亮王志强

（北方工业大学土木工程学院北京 100144）

引言

由于组成再生混凝土材料本身的缺陷，其使用范围也相对受到了很大的限制。为了使再生混凝土得到更加安全广泛的使用、大力促进对废弃混凝土回收的力度、避免自然资源无限制的过渡浪费、提供更加和谐的居住环境，将再生混凝土与钢管组合在一起形成了一种新型的组合结构——钢管再生混凝土结构（Recycled Aggregate Concrete Filled Steel Tube Structure，RACFST）。其不仅能够充分利用钢材和混凝土两种材料各自的优势，还能够增加再生混凝土这种绿色可持续发展新材料的使用范围。1997年，Konno K首先提出了钢管再生混凝土这种新型的组合构件，为建筑垃圾的回收再利用提供了一条新的思路，得到很多学者的青睐。

1 钢管再生混凝土静力性能

2006年，杨有福[1]对国外关于钢管再生混凝土已有的研究成果进行了综述，提出了钢管再生混凝土的发展方向，并且对其设计方法进行了初步探讨。2007年，杨有福[2]采取数值法和有限元法对各种受力状态下的钢管再生混凝土构件的破坏形态和荷载-变形关系曲线进行全过程分析，得出了压弯构件承载力的简化计算公式、两个截面在受力过程中的应力分布规律以及两种材料之间的相互作用。2011年，王玉银等[3]对轴向荷载作用下的钢管混凝土构件和钢筋再生混凝土构件进行了试验研究，结果表明：当二者的含钢率相同时，前者的在各方面的性能要强于后者。2012年，陈宗平等[4]通过对若干不同参数的15根钢管再生混凝土偏压柱进行试验得出：其受力过程及破坏形态与钢管混凝土偏压住的基本相同，并且其承载力能够达到同条件下钢管混凝土构件的要求。2016年，胡乃东等[5]对不同参数的钢管再生混凝土偏压长柱的力学性能进行了试验研究和理论分析，同时采用信号分析仪对实验进行全过程分析测试得出：构件的含钢率与刚度、延性成正比关系，偏心距对其刚度有着较大的影响，且不易采用大偏心距的构件，避免其刚度退化过快造成构件安全系数的降低。

2 钢管再生混凝土抗震性能

2012年，查晓雄等[6]用有限元法对空心钢管普通、再生混凝土压弯构件进行了拟静力试验研究，对二者的P-Δ骨架曲线理论模型做了明确的阐述，并以此为突破点，对位移延性系数的计算方法做了进一步的简化，为此种构件在地震状态下各种性能进行了系统的研究。2013年，刘峰等[7]利用ABAQUS研究了不同再生骨料替代率时钢管再生混凝土柱在地震荷载作用下的各种性能，将模拟结果与已有的实验结果进行了全面的对比，对有限元模拟能否替代实验提供了更加准确的参考依据。2014年，张向冈等[8]对10根圆钢管再生混凝土试件做了模拟地震实验研究，结果表明：在相同条件下，钢管再生混凝土柱与钢管混凝土柱的受力过程和破坏特征没有特别明显的区别。2015年，蔡杨[9]通过实验研究了不同参数的圆钢管再生混凝土柱在地震荷载作用下结构安全性影响的主次关系为：轴压比→钢管强度→含钢率，在对构件设计时应该充分考虑不同参数的权重。2016年，苏益声等[10]对带加强环的方钢管再生混凝土柱-钢梁节点进行了在模拟地震荷载作用下力学性能的试验研究和理论分析，研究发现：加强环对提高构件的强度、刚度、延性等性能有很好的效果，对避免构件在节点处出现鼓曲变形等有特别显著的作用。

3 长期荷载作用下钢管再生混凝土的力学性能

2012年，汪承华[11]对钢管再生混凝土短柱进行了长期荷载作用下的试验研究和ABAQUS有限元模拟，对模拟结果与试验结果做了充分的对比研究发现：在相同参数时两者基本没有特别明显的区别。2013年，付学宝[12]对3组6根钢管再生混凝土短柱进行了高应力状态时持久轴心受压的徐变试验研究，并且分析了多种不同参考因素对此种情况下构件徐变的影响，为此种结构的安全使用提供了有效的理论参考依据。2014年，陈杰等[13]收集了多组再生混凝土徐变实验数据并做了全面的分析，用国内外不同的再生混凝土徐变模型进行了模拟计算，并将加载龄期作为主要参数用恰当的徐变模型对4组在长期荷载作用下钢管再生混凝土短柱的徐变进行了预测。2015年，刘云明[14]通过总结已有的再生混凝土徐变模型，对钢管再生混凝土中核心混凝土的长期变形进行了预测，搜集相关的实验数据用来验证模型是否可用，并考虑了不同参数对此构件长期变形的影响进行了理论研究；通过ABAQUS有限元模型分析得出：时效作用不仅对构件的静力性能有影响，对其应力也会产生一定的影响；在高应力状态下，对若干参数的钢管再生混凝土轴压短柱进行了徐变实验研究，得出了在此种情况下构件的徐变系数提高了三倍左右。

4 钢管再生凝土耐火性能

2011年，侯睿[15]在实验研究的基础上，用ABAQUS有限元对恒高温后轴心受压的32根钢管再生混凝土和8根再生混凝土短柱分别作了模拟研究，分析了恒高温后各构件的材料性能和力学性能的变化情况。2012年，刘轶翔等[16]通过火灾实验对钢管再生混凝土长、短柱分别进行了抗火抗高温的研究，结果表明：在同等条件下，长柱的抗火性能比钢管普通混凝土构件的要强，并推导出了火灾作用下此种构件承载力的计算公式，能够更加安全准确的估算该种构件在火灾情况下的使用情况。2013年，张超荣[17]对火灾后轴心受压和偏心受压的圆钢管再生混凝土柱进行比较全面的研究，并且将火灾后圆钢管再生混凝土轴压柱的承载力的计算公式做了更加简化的修正，还深入探讨了火灾后偏压构件力学性能的变化情况。2015年，罗超宁等[18]通过试验和ABAQUS对实心和空心钢管再生混凝土柱的耐火性能进行了系统的研究得出：在同等火灾条件下，钢管再生混凝土构件的抗火性能优于钢管普通混凝土构件。