鋼管再生混凝土結構現狀研究

田亮亮 王志強

（北方工業大學土木工程學院 北京 100144）

引言

由于組成再生混凝土材料本身的缺陷，其使用范圍也相對受到了很大的限制。為了使再生混凝土得到更加安全廣泛的使用、大力促進對廢棄混凝土回收的力度、避免自然資源無限制的過渡浪費、提供更加和諧的居住環境，將再生混凝土與鋼管組合在一起形成了一種新型的組合結構——鋼管再生混凝土結構（Recycled Aggregate Concrete Filled Steel Tube Structure，RACFST）。其不僅能夠充分利用鋼材和混凝土兩種材料各自的優勢，還能夠增加再生混凝土這種綠色可持續發展新材料的使用范圍。1997年，Konno K首先提出了鋼管再生混凝土這種新型的組合構件，為建筑垃圾的回收再利用提供了一條新的思路，得到很多學者的青睞。

1 鋼管再生混凝土靜力性能

2006年，楊有福[1]對國外關于鋼管再生混凝土已有的研究成果進行了綜述，提出了鋼管再生混凝土的發展方向，并且對其設計方法進行了初步探討。2007年，楊有福[2]采取數值法和有限元法對各種受力狀態下的鋼管再生混凝土構件的破壞形態和荷載-變形關系曲線進行全過程分析，得出了壓彎構件承載力的簡化計算公式、兩個截面在受力過程中的應力分布規律以及兩種材料之間的相互作用。2011年，王玉銀等[3]對軸向荷載作用下的鋼管混凝土構件和鋼筋再生混凝土構件進行了試驗研究，結果表明：當二者的含鋼率相同時，前者的在各方面的性能要強于后者。2012年，陳宗平等[4]通過對若干不同參數的15根鋼管再生混凝土偏壓柱進行試驗得出：其受力過程及破壞形態與鋼管混凝土偏壓住的基本相同，并且其承載力能夠達到同條件下鋼管混凝土構件的要求。2016年，胡乃東等[5]對不同參數的鋼管再生混凝土偏壓長柱的力學性能進行了試驗研究和理論分析，同時采用信號分析儀對實驗進行全過程分析測試得出：構件的含鋼率與剛度、延性成正比關系，偏心距對其剛度有著較大的影響，且不易采用大偏心距的構件，避免其剛度退化過快造成構件安全系數的降低。

2 鋼管再生混凝土抗震性能

2012年，查曉雄等[6]用有限元法對空心鋼管普通、再生混凝土壓彎構件進行了擬靜力試驗研究，對二者的P-Δ骨架曲線理論模型做了明確的闡述，并以此為突破點，對位移延性系數的計算方法做了進一步的簡化，為此種構件在地震狀態下各種性能進行了系統的研究。2013年，劉峰等[7]利用ABAQUS研究了不同再生骨料替代率時鋼管再生混凝土柱在地震荷載作用下的各種性能，將模擬結果與已有的實驗結果進行了全面的對比，對有限元模擬能否替代實驗提供了更加準確的參考依據。2014年，張向岡等[8]對10根圓鋼管再生混凝土試件做了模擬地震實驗研究，結果表明：在相同條件下，鋼管再生混凝土柱與鋼管混凝土柱的受力過程和破壞特征沒有特別明顯的區別。2015年，蔡楊[9]通過實驗研究了不同參數的圓鋼管再生混凝土柱在地震荷載作用下結構安全性影響的主次關系為：軸壓比→鋼管強度→含鋼率，在對構件設計時應該充分考慮不同參數的權重。2016年，蘇益聲等[10]對帶加強環的方鋼管再生混凝土柱-鋼梁節點進行了在模擬地震荷載作用下力學性能的試驗研究和理論分析，研究發現：加強環對提高構件的強度、剛度、延性等性能有很好的效果，對避免構件在節點處出現鼓曲變形等有特別顯著的作用。

3 長期荷載作用下鋼管再生混凝土的力學性能

2012年，汪承華[11]對鋼管再生混凝土短柱進行了長期荷載作用下的試驗研究和ABAQUS有限元模擬，對模擬結果與試驗結果做了充分的對比研究發現：在相同參數時兩者基本沒有特別明顯的區別。2013年，付學寶[12]對3組6根鋼管再生混凝土短柱進行了高應力狀態時持久軸心受壓的徐變試驗研究，并且分析了多種不同參考因素對此種情況下構件徐變的影響，為此種結構的安全使用提供了有效的理論參考依據。2014年，陳杰等[13]收集了多組再生混凝土徐變實驗數據并做了全面的分析，用國內外不同的再生混凝土徐變模型進行了模擬計算，并將加載齡期作為主要參數用恰當的徐變模型對4組在長期荷載作用下鋼管再生混凝土短柱的徐變進行了預測。2015年，劉云明[14]通過總結已有的再生混凝土徐變模型，對鋼管再生混凝土中核心混凝土的長期變形進行了預測，搜集相關的實驗數據用來驗證模型是否可用，并考慮了不同參數對此構件長期變形的影響進行了理論研究；通過ABAQUS有限元模型分析得出：時效作用不僅對構件的靜力性能有影響，對其應力也會產生一定的影響；在高應力狀態下，對若干參數的鋼管再生混凝土軸壓短柱進行了徐變實驗研究，得出了在此種情況下構件的徐變系數提高了三倍左右。

4 鋼管再生凝土耐火性能

2011年，侯睿[15]在實驗研究的基礎上，用ABAQUS有限元對恒高溫后軸心受壓的32根鋼管再生混凝土和8根再生混凝土短柱分別作了模擬研究，分析了恒高溫后各構件的材料性能和力學性能的變化情況。2012年，劉軼翔等[16]通過火災實驗對鋼管再生混凝土長、短柱分別進行了抗火抗高溫的研究，結果表明：在同等條件下，長柱的抗火性能比鋼管普通混凝土構件的要強，并推導出了火災作用下此種構件承載力的計算公式，能夠更加安全準確的估算該種構件在火災情況下的使用情況。2013年，張超榮[17]對火災后軸心受壓和偏心受壓的圓鋼管再生混凝土柱進行比較全面的研究，并且將火災后圓鋼管再生混凝土軸壓柱的承載力的計算公式做了更加簡化的修正，還深入探討了火災后偏壓構件力學性能的變化情況。2015年，羅超寧等[18]通過試驗和ABAQUS對實心和空心鋼管再生混凝土柱的耐火性能進行了系統的研究得出：在同等火災條件下，鋼管再生混凝土構件的抗火性能優于鋼管普通混凝土構件。

5 結語

綜上所述，鋼管再生混凝土結構在國內外許多學者的研究下，已經形成了比較全面的理論基礎，為其在實際工程中的使用提供了基本保障。鋼管再生混凝土作為一種新型的綠色組合結構，在建筑業可持續發展的情況下一定能夠在實際工程中廣泛使用。

[1]楊有福.鋼管再生混凝土構件力學性能和設計方法若干問題的探討[J].工業建筑，2006，43（11）：1～5，10.

[2]楊有福.鋼管再生混凝土構件受力機理研究[J].工業建筑，2007，44（12）：7～12.

[3]王玉銀，陳杰，縱斌，耿悅.鋼管再生混凝土與鋼筋再生混凝土軸壓短柱力學性能對比試驗研究[J].建筑結構學報，2011，32（12）：170～177.

[4]陳宗平，李啟良，張向岡，薛建陽，陳寶春.鋼管再生混凝土偏壓柱受力性能及承載力計算[J].土木工程學報，2012，45（10）：72～80.

[5]胡乃冬，杜喜凱，劉濮源，牛志強.方鋼管再生混凝土偏壓長柱受力性能試驗研究[J].建筑結構學報，2016，37（S2）：36～42.

[6]查曉雄，李衛秋，余敏.空心普通和再生鋼管混凝土柱抗震性能研究Ⅱ：理論研究[J].建筑鋼結構進展，2012，14（3）：36～41.

[7]劉鋒，余銀銀，李麗娟.鋼管再生骨料混凝土柱抗震性能研究[J].土木工程學報，2013，60（S2）：178～184.

[8]張向岡，陳宗平，薛建陽，蘇益聲.鋼管再生混凝土柱抗震性能試驗研究[J].土木工程學報，2014，61（9）：45～56.

[9]蔡楊.鋼管再生骨料混凝土柱抗震性能試驗研究[D].廣州：廣東工業大學，2015.

[10]蘇益聲，楊燊，孟二從，曾文祥.帶加強環的方鋼管再生混凝土柱-鋼梁節點抗震性能研究[J].中國科技論文，2016，11（13）：1496～1503.

[11]汪承華.鋼管再生混凝土短柱軸壓長期性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2012.

[12]付學寶.高應力狀態下鋼管混凝土短柱軸壓長期性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2013.

[13]陳杰，耿悅，王玉銀.鋼管再生混凝土徐變預測模型的確定及應用[J].建筑結構學報，2014，35（4）：280～288.

[14]劉云明.不同應力水平下鋼管再生混凝土長期靜力性能研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2015.

[15]侯睿.恒高溫后鋼管再生混凝土軸壓力學性能研究[D].大連：大連理工大學，2011.

[16]劉軼翔，查曉雄.鋼管再生混凝土柱承載力及抗火性能研究[J].建筑鋼結構進展，2012，14（3）：48～52.

[17]張超榮.火災（高溫）后鋼管再生混凝土柱力學性能試驗研究[D].南寧：廣西大學，2013.

[18]羅超寧，查曉雄.鋼管再生混凝土柱耐火性能研究[J].建筑結構學報，2015，36（S2）：35～41.