鋼管再生混凝土的現狀研究摘要：再生混凝土是指利用廢棄混凝土破碎加工而成的再生集料，部分或全部代替天然骨料配制而成的新混凝土，再生混凝土技術的研究與應用為建筑垃圾資源化提供了一條有效的途徑。鋼管混凝土結構將鋼管和混凝土有機結合起來，因承載力高、抗震性能好等優點而被廣泛應用與單層和多層工業廠房等承重結構中。而將再生混凝土澆筑在鋼管內形成的鋼管再生混凝土，既能提高鋼管的承載能力，又能彌補再生混凝土的不足。近年來，許多專家和學著對這種新型的組合結構展開了研究。關鍵詞：鋼管再生混凝土；力學性能；抗震性能；黏結滑移；研究展望0引言隨著我國經濟的不斷發展和城市化的進程不斷加快，大量的建筑垃圾不斷排出，其中廢棄混凝土占了很大一部分，而廢棄混凝土的處理需要大量的費用而且還嚴重污染環境，再生混凝土技術的應用為這些廢棄混凝土的處理提供了有效的途徑，減少了環境污染，并能帶來經濟效益⑴。鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構件，將鋼管和混凝土有機的結合起來，充分發揮鋼管和混凝土各自的優越性。鋼管混凝土結構憑借其承載力高、抗震性能好等優勢，在高層和超高層建筑中得到迅速發展和廣泛應用，并且較好地解決了施工速度與混凝土硬化時間較長的矛盾。伴隨著鋼管混凝土技術的發展，科研工作者提出了將再生混凝土灌入鋼管中從而形成鋼管再生混凝土這一種新型的組合結構，對再生混凝土的利用提供了一種新的方式⑵。這種組合結構日益引起許多專家和學者的關注與研究，并取得了一定成果。1鋼管再生混凝土的力學性能分析國內外的研究者和學者對鋼管再生混凝土的力學性能進行了大量的研究工作。許多學者集中在鋼管再生混凝土柱的受壓性能方面的研究W"王玉銀⑹等采用分級單調加載，對12個鋼管再生混凝土和12個配置螺旋箍筋的鋼筋再生混凝土進行了軸壓短柱試驗，保證用鋼量相同的情況下，對比分析了鋼管再生混凝土短柱與鋼筋再生混凝土短柱二者軸壓力學性能的差異，研究了再生混凝土強度及再生粗骨料取代率等主要試驗參數對鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學性能的影響。結果表明：鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土的力學特性分別與相應的鋼管普通混凝土和鋼筋普通混凝土相似。與再生混凝土材料試驗不同，鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土軸壓短柱的荷載-應變關系曲線離散性較小，易于實際工程中的應用，再生粗骨料取代率對鋼管再生混凝土和鋼筋再生混凝土軸壓短柱的破壞過程和破壞形態無明顯影響。趙超⑺通過設計不同含量的再生混凝土鋼管短柱，進行受壓試驗，考慮再生料的的替代比與偏心距為變化參數，研究了組合結構構件的破壞形態與受力機理，結果表明：鋼管再生混凝土柱在受力過程中出現局部屈服現象，但是在其它條件一致的情況下，替代率對試件破壞模式的影響不大，在相同的偏心距條件下，試件的峰值應力隨替代率增加呈非單調遞增趨勢，隨著替代率的增加，峰值應變出現波浪形降低的趨勢。在鋼管再生混凝土柱壓彎及純彎構件力學性能方面，陳曉旋等⑻采用直縫方鋼管通過對15個試件進行一次單調加載試驗，考慮偏心率和再生骨料取代率2個因素，研究了方鋼管再生混凝土壓彎短柱的力學性能，獲得試件的破壞形態、破壞荷載、荷載-變形曲線以及荷載-應變曲線。結果表明：再生鋼管混凝土與普通鋼管混凝土受力形態基本一致，都要經過彈性段#彈塑性段和破壞階段。隨著再生骨料取代率的增大，鋼管再生混凝土承載力呈現出非線性降低的趨勢；隨著偏心距的增大，管再生混凝土承載力基本呈現線性降低的趨勢。葉欣等［9］，分別對各4個圓、方鋼管再生混凝土純彎構件和相應的2個鋼管普通混凝土對比構件進行了研究，考察和分析了鋼管再生混凝土純彎構件的力學性能和破壞形態，采用纖維模型法進行初步計算。研究表明：鋼管再生混凝土純彎構件的力學性能與鋼管普通混凝土純彎構件類似，再生混凝土取代率越大，鋼管再生混凝土純彎構件的極限彎矩和剛度越小。2鋼管再生混凝土柱的抗震性能影響鋼管再生混凝土柱的抗震性能的因素有承載能力、變形能力、耗能能力和破壞形態等，相關試驗主要考慮再生骨料取代率、軸壓比、長細比和含鋼率等變化參數對其抗震性能的影響。張向岡［10-11］等研究了方鋼管再生混凝土柱的抗震性能，采用擬靜力試驗對6個方鋼管再生混凝土柱進行，考慮了再生骨料取代率和軸壓比2個變化參數對試件抗震性能的影響，以及對10個圓形鋼管再生混凝土柱考慮再生骨料取代率、長細比、軸壓比和含鋼率4種變化參數進行了抗震性能試驗，結果都表明試件破壞過程及形態與普通混凝土柱相似，主要表現為鋼管底部的鼓曲破壞，試件前后兩側形成了一道較為明顯的鼓曲波，試件的滯回曲線較飽滿與普通鋼管混凝土柱基本相似，試件變形性能良好。黃一杰，肖建莊［12］采用偽經歷加載方案通過對6個鋼管再生混凝土柱試件進行低周反復試驗，考利再生骨料取代率和混凝土強度為主要參數對試件進行了抗震性能的研究，結果表明：鋼管再生混凝土柱具有良好的抗震性能，并且鋼管再生混凝土柱極限承載力受再生骨料取代率的影響并不明顯。黃丹［13］等通過對3個鋼管再生混凝土壓彎構件在水平低周反復荷載作用下的試驗考慮含鋼率、軸壓比兩個參數變化對抗震性能的影響，結果表明：鋼率對試件的滯回性能影響較為明顯，鋼管再生混凝土試件含鋼率越大，試件延性越好，軸壓比越小，其延性越好；隨軸壓比的增加，試件的承載力、延性和耗能能力均降低；鋼管再生混凝土具有良好的變形性能和耗能能力％能滿足結構抗震設計要求。3鋼管再生混凝土的黏結滑移性能王振波［14］等通過對9根方鋼管再生混凝土短柱進行推出試驗，考慮再生混凝土的強度等級、再生骨料取代率一級膨化劑的摻量百分比等因素對鋼管再生混凝土的黏結滑移性能的影響，得到并分析了格式件的荷載-滑移（P-S）曲線關系。結果表明：在混凝土強度相同和不摻膨脹劑摻量時，方鋼管再生混凝土的黏結破壞承載力比方鋼管原生混凝土降低很多；在再生混凝土替代率相同和不摻膨脹劑時，再生混凝土強度的提高對方鋼管再生混凝土的黏結力有明顯的提高。李衛寧等人［15］為了研究方鋼管再生混凝土的界面粘結滑移性能，10根方鋼管再生混凝土短柱試件進行推出試驗研究，研究了混凝土強度等級、埋置長度和再生粗骨料取代率3個變化參數對粘結滑移性能的影響。結果表明：方鋼管再生混凝土荷載滑移曲線大致經歷了四個階段：無滑移階段、應力上升階段、應力突變階段及應力下降階段，取代率對起滑粘結強度和極限粘結強度的影響較小，埋置長度較小試件的起滑和極限粘結強度比埋置長度較大試件的大，混凝土強度對其二者影響較大。陳宗平網等人采用服役期滿50年的混凝土作為再生粗骨料的來源，對25根鋼管再生混凝土短柱進行推出試驗，研究了試件的截面形式、再生粗骨料取代率、混凝土強度等級、長徑比及截面買只深度5個變化參數對其黏結性能的影響，結果表明：加載端和自由端的荷載3滑移曲線具有一定的相似性，但加載端的界面起滑較之自由端發展得早；試件加載端的滑移量比其余部位的鋼管與核心再生混凝土滑移值都大，且隨著荷載的增加，曲線以線性性態遞減至自由端；實測黏結強度普遍大于名義黏結應力；圓形試件的黏結性能優于方形試件。4鋼管再生混凝土柱相關性能的有限元分析李兵M等利用ABAQUS軟件對方鋼管再生混凝土短柱軸壓承載力進行了非線性分析，建立了適用于有限元分析的鋼管再生混凝土本構關系模型。結果表明：通過模擬獲得的計算結果與相關試驗結果差異較小，建立的模型可較好地滿足利用ABAQUS對方鋼管再生混凝土短柱進行軸壓承載力的模擬分析要求。李兵*］等利用有限元軟件ABAQUS建立模型，對三組圓鋼管再生混凝土和三組方鋼管再生混凝土梁進行有限元分析，考慮不同取代率下鋼管混凝土梁的受力特性，結果表明：不同再生混凝土取代率對方鋼管受彎構件影響較大，而對圓鋼管構件影響較小，擬所得梁跨中彎矩，應變曲線和試驗結果吻合較好。王緒湘［19］利用有限元軟件ABAQUS,結合已有的試驗結果，通過對鋼管再生混凝土柱抗震性能的數值分析研究，建立了合理的有限元模型,得到如下相關結論:鋼管再生混凝土柱在低周往復荷載作用下，構件具有良好的延性。相同的混凝土強度，鋼管再生混凝土柱的水平承載力隨著再生骨料替代率增加而降低，但是其位移延性卻隨著再生骨料替代率增加有不同程度的改善。隨著再生骨料替代率的增加,構件的位移延性有不同程度的增加，在低周往復荷載作用下,再生骨料替代率增加，會導致構件的初始剛度下降。5鋼管再生混凝土的研究展望與存在的問題對鋼管再生混凝土的研究還有很多方面，包括對其強度、界面力學行為、耐久性等方面的研究，如方鋼管再生混凝土的界面力學行為研究如、鋼管再生混凝土柱承載力及抗火性能研究［21］、圓鋼管再生混凝土構件抗側向沖擊性能試驗［22］、中空夾層鋼管再生混凝土短柱受壓性能分析⑵］、帶端板方鋼管再生混凝土短柱中心局部承壓性能試驗研究［24］異形鋼管再生混凝土柱軸壓和抗震性能的有限元分析［25等。在工程施工方面，方鋼管再生混凝土更方便，同時還能滿足建筑外觀要求，在工程上可行性更大。鋼管再生混凝土通過鋼管的套箍作用彌補了再生混凝土在力學性能上的不足，對再生混凝土在工程實際上的應用是一個福音，但鋼管再生混凝土結構在我國研究和應用的時間還不長，在許多方面還存在著各種弊端和問題，需要進一步研究探索。如研究的對象集中在構件方面，研究的更多是鋼管再生混凝土柱的力學性能，在對框架，梁等方面研究的較少；研究的截面形式主要是圓形和方形截面，對異形截面的研究較少；且由于其影響因素較多，在研究過程中容易忽略其加工試件的眾多不同分類形式等問題。6結語鋼管再生混凝土結構可促進再生混凝土在土木建筑結構中的應用和發展，為廢棄混凝土資源化提供一條有效的途徑。鋼管再生混凝土既能彌補再生混凝土的不足，又具有相當高的承載力，表明鋼管再生混凝土在結構上具有相當高的可行性，為以后在工程上的推廣應用提供了依據。研究表明：（1） 鋼管再生混凝土組合結構能彌補再生混凝土的缺陷，具有一定經濟效益，最重要的是起到保護環境的作用，具有較大的研究意義。（2） 鋼管再生混凝土的在力學性能方面和鋼管普通混凝土相似。在抗震方面，相關試驗表明，試件破壞過程及形態也與普通混凝土柱相似。（3） 利用ABAQUS等有限元軟件對鋼管再生混凝土柱力學性能進行了分析，能較好的模擬相關實驗，得到的應變曲線和試驗結果吻合較好。（4） 由于鋼管再生混凝土的優點和可行性，推動其標準化和規范化，對我國經濟建設和環境保護具有重大意義。參考文獻［1］ 夏進，淺析再生混凝土的經濟和環境效益，科技創新與應用［J］,2012,26：247-248.［2］ KoonoK,SatoY,KakutaY,etal.Propertyofrecycledconcretecolumnencasedbysteeltubesubjectedtoaxialcompression［J］.TransactionsoftheJapanConcreteInstitute,1997,19（2）:231-238［3］ 何東，王清遠、邱慈長等，鋼管再生混凝土軸心受壓的荷載-變形曲線理論研究和試驗分析，四川大學學報［J］，2010,42：49-53.［4］ 王振波，劉飛，華竹君等，膨脹劑對鋼管再生混凝土柱軸壓性能影響的試驗研究，混凝土與水泥制品［J］，2014,1:44-46.［5］ 陳宗平，徐金俊，薛建陽，取代率對鋼管再生混凝土短柱軸壓性能退化的影響分析，實驗力學［J］，2014,29（2）:207-214.［6王玉銀，陳杰，縱斌等，鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學性對比試驗研究，建筑結構學報，能建筑結構學報［J］，2011,32（12）：170-177.［7］ 趙超，鋼管再生混凝土柱的力學性能研究，混凝土與水泥制品［J］，2014,11:68-74.［8］ 陳曉旋，杜喜凱，潘奇等，方鋼管再生混凝土壓彎短柱受力性能試驗研究，河北農業大學學報［J］，2014,37（6）:124-129.［9］ 葉欣，楊有福，鋼管再生混凝土純彎構件力學性能研究［C］，第十五屆全國結構工程學術會論文文集（第二冊），2006.［10］ 張向岡、陳宗平、薛建陽等,方鋼管再生混凝土柱抗震性能試驗研究，建筑結構學報［J］，2014,Vol.35No.9:11-19.［11］ 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