钢管再生混凝土综述

钢管再生混凝土的现状研究摘要：再生混凝土是指利用废弃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，再生混凝土技术的研究与应用为建筑垃圾资源化提供了一条有效的途径。

钢管混凝土结构将钢管和混凝土有机结合起来，因承载力高、抗震性能好等优点而被广泛应用与单层和多层工业厂房等承重结构中。

而将再生混凝土浇筑在钢管内形成的钢管再生混凝土，既能提高钢管的承载能力，又能弥补再生混凝土的不足。

近年来，许多专家和学着对这种新型的组合结构展开了研究。

关键词：钢管再生混凝土；力学性能；抗震性能；黏结滑移；研究展望0引言随着我国经济的不断发展和城市化的进程不断加快，大量的建筑垃圾不断排出，其中废弃混凝土占了很大一部分，而废弃混凝土的处理需要大量的费用而且还严重污染环境，再生混凝土技术的应用为这些废弃混凝土的处理提供了有效的途径，减少了环境污染，并能带来经济效益[1]。

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，将钢管和混凝土有机的结合起来，充分发挥钢管和混凝土各自的优越性。

钢管混凝土结构凭借其承载力高、抗震性能好等优势,在高层和超高层建筑中得到迅速发展和广泛应用,并且较好地解决了施工速度与混凝土硬化时间较长的矛盾。

伴随着钢管混凝土技术的发展，科研工作者提出了将再生混凝土灌入钢管中从而形成钢管再生混凝土这一种新型的组合结构，对再生混凝土的利用提供了一种新的方式[2]。

这种组合结构日益引起许多专家和学者的关注与研究，并取得了一定成果。

1钢管再生混凝土的力学性能分析国内外的研究者和学者对钢管再生混凝土的力学性能进行了大量的研究工作。

许多学者集中在钢管再生混凝土柱的受压性能方面的研究[3-5]。

王玉银[6]等采用分级单调加载，对12个钢管再生混凝土和12个配置螺旋箍筋的钢筋再生混凝土进行了轴压短柱试验，保证用钢量相同的情况下，对比分析了钢管再生混凝土短柱与钢筋再生混凝土短柱二者轴压力学性能的差异，研究了再生混凝土强度及再生粗骨料取代率等主要试验参数对钢管再生混凝土与钢筋再生混凝土轴压短柱力学性能的影响。

结果表明：钢管再生混凝土和钢筋再生混凝土的力学特性分别与相应的钢管普通混凝土和钢筋普通混凝土相似。

与再生混凝土材料试验不同，钢管再生混凝土和钢筋再生混凝土轴压短柱的荷载-应变关系曲线离散性较小，易于实际工程中的应用，再生粗骨料取代率对钢管再生混凝土和钢筋再生混凝土轴压短柱的破坏过程和破坏形态无明显影响。

赵超[7]通过设计不同含量的再生混凝土钢管短柱，进行受压试验，考虑再生料的的替代比与偏心距为变化参数，研究了组合结构构件的破坏形态与受力机理，结果表明：钢管再生混凝土柱在受力过程中出现局部屈服现象，但是在其它条件一致的情况下，替代率对试件破坏模式的影响不大，在相同的偏心距条件下，试件的峰值应力随替代率增加呈非单调递增趋势，随着替代率的增加，峰值应变出现波浪形降低的趋势。

在钢管再生混凝土柱压弯及纯弯构件力学性能方面，陈晓旋等[8]采用直缝方钢管通过对15个试件进行一次单调加载试验，考虑偏心率和再生骨料取代率2个因素，研究了方钢管再生混凝土压弯短柱的力学性能，获得试件的破坏形态、破坏荷载、荷载-变形曲线以及荷载-应变曲线。

结果表明：再生钢管混凝土与普通钢管混凝土受力形态基本一致，都要经过弹性段#弹塑性段和破坏阶段。

随着再生骨料取代率的增大，钢管再生混凝土承载力呈现出非线性降低的趋势；随着偏心距的增大，管再生混凝土承载力基本呈现线性降低的趋势。

叶欣等[9]，分别对各4个圆、方钢管再生混凝土纯弯构件和相应的2个钢管普通混凝土对比构件进行了研究，考察和分析了钢管再生混凝土纯弯构件的力学性能和破坏形态，采用纤维模型法进行初步计算。

研究表明：钢管再生混凝土纯弯构件的力学性能与钢管普通混凝土纯弯构件类似，再生混凝土取代率越大，钢管再生混凝土纯弯构件的极限弯矩和刚度越小。

2钢管再生混凝土柱的抗震性能影响钢管再生混凝土柱的抗震性能的因素有承载能力、变形能力、耗能能力和破坏形态等，相关试验主要考虑再生骨料取代率、轴压比、长细比和含钢率等变化参数对其抗震性能的影响。

张向冈[10-11]等研究了方钢管再生混凝土柱的抗震性能，采用拟静力试验对6个方钢管再生混凝土柱进行，考虑了再生骨料取代率和轴压比2个变化参数对试件抗震性能的影响，以及对10个圆形钢管再生混凝土柱考虑再生骨料取代率、长细比、轴压比和含钢率4种变化参数进行了抗震性能试验，结果都表明试件破坏过程及形态与普通混凝土柱相似，主要表现为钢管底部的鼓曲破坏，试件前后两侧形成了一道较为明显的鼓曲波，试件的滞回曲线较饱满与普通钢管混凝土柱基本相似，试件变形性能良好。

黄一杰，肖建庄[12]采用伪经历加载方案通过对6个钢管再生混凝土柱试件进行低周反复试验，考利再生骨料取代率和混凝土强度为主要参数对试件进行了抗震性能的研究，结果表明：钢管再生混凝土柱具有良好的抗震性能，并且钢管再生混凝土柱极限承载力受再生骨料取代率的影响并不明显。

黄丹[13]等通过对3个钢管再生混凝土压弯构件在水平低周反复荷载作用下的试验考虑含钢率、轴压比两个参数变化对抗震性能的影响，结果表明：钢率对试件的滞回性能影响较为明显，钢管再生混凝土试件含钢率越大，试件延性越好，轴压比越小，其延性越好；随轴压比的增加，试件的承载力、延性和耗能能力均降低；钢管再生混凝土具有良好的变形性能和耗能能力%能满足结构抗震设计要求。

3钢管再生混凝土的黏结滑移性能王振波[14]等通过对9根方钢管再生混凝土短柱进行推出试验，考虑再生混凝土的强度等级、再生骨料取代率一级膨化剂的掺量百分比等因素对钢管再生混凝土的黏结滑移性能的影响，得到并分析了格式件的荷载-滑移（P-S）曲线关系。

结果表明：在混凝土强度相同和不掺膨胀剂掺量时，方钢管再生混凝土的黏结破坏承载力比方钢管原生混凝土降低很多；在再生混凝土替代率相同和不掺膨胀剂时，再生混凝土强度的提高对方钢管再生混凝土的黏结力有明显的提高。

李卫宁等人[15]为了研究方钢管再生混凝土的界面粘结滑移性能，10根方钢管再生混凝土短柱试件进行推出试验研究，研究了混凝土强度等级、埋置长度和再生粗骨料取代率3个变化参数对粘结滑移性能的影响。

结果表明：方钢管再生混凝土荷载滑移曲线大致经历了四个阶段: 无滑移阶段、应力上升阶段、应力突变阶段及应力下降阶段，取代率对起滑粘结强度和极限粘结强度的影响较小，埋置长度较小试件的起滑和极限粘结强度比埋置长度较大试件的大，混凝土强度对其二者影响较大。

陈宗平[16]等人采用服役期满50年的混凝土作为再生粗骨料的来源，对25根钢管再生混凝土短柱进行推出试验，研究了试件的截面形式、再生粗骨料取代率、混凝土强度等级、长径比及截面买只深度5个变化参数对其黏结性能的影响，结果表明：加载端和自由端的荷载3滑移曲线具有一定的相似性，但加载端的界面起滑较之自由端发展得早；试件加载端的滑移量比其余部位的钢管与核心再生混凝土滑移值都大，且随着荷载的增加，曲线以线性性态递减至自由端；实测黏结强度普遍大于名义黏结应力；圆形试件的黏结性能优于方形试件。

4钢管再生混凝土柱相关性能的有限元分析李兵[17]等利用ABAQUS软件对方钢管再生混凝土短柱轴压承载力进行了非线性分析，建立了适用于有限元分析的钢管再生混凝土本构关系模型。

结果表明：通过模拟获得的计算结果与相关试验结果差异较小，建立的模型可较好地满足利用ABAQUS对方钢管再生混凝土短柱进行轴压承载力的模拟分析要求。

李兵[18]等利用有限元软件ABAQUS建立模型，对三组圆钢管再生混凝土和三组方钢管再生混凝土梁进行有限元分析，考虑不同取代率下钢管混凝土梁的受力特性，结果表明：不同再生混凝土取代率对方钢管受弯构件影响较大，而对圆钢管构件影响较小，拟所得梁跨中弯矩,应变曲线和试验结果吻合较好。

王绪湘[19]利用有限元软件ABAQUS,结合已有的试验结果,通过对钢管再生混凝土柱抗震性能的数值分析研究，建立了合理的有限元模型,得到如下相关结论：钢管再生混凝土柱在低周往复荷载作用下,构件具有良好的延性。

相同的混凝土强度,钢管再生混凝土柱的水平承载力随着再生骨料替代率增加而降低,但是其位移延性却随着再生骨料替代率增加有不同程度的改善。

随着再生骨料替代率的增加,构件的位移延性有不同程度的增加，在低周往复荷载作用下,再生骨料替代率增加,会导致构件的初始刚度下降。

5钢管再生混凝土的研究展望与存在的问题对钢管再生混凝土的研究还有很多方面，包括对其强度、界面力学行为、耐久性等方面的研究，如方钢管再生混凝土的界面力学行为研究[20]、钢管再生混凝土柱承载力及抗火性能研究[21]、圆钢管再生混凝土构件抗侧向冲击性能试验[22]、中空夹层钢管再生混凝土短柱受压性能分析[23]、带端板方钢管再生混凝土短柱中心局部承压性能试验研究[24]、异形钢管再生混凝土柱轴压和抗震性能的有限元分析[25]等。

在工程施工方面，方钢管再生混凝土更方便，同时还能满足建筑外观要求，在工程上可行性更大。

钢管再生混凝土通过钢管的套箍作用弥补了再生混凝土在力学性能上的不足，对再生混凝土在工程实际上的应用是一个福音，但钢管再生混凝土结构在我国研究和应用的时间还不长，在许多方面还存在着各种弊端和问题，需要进一步研究探索。

如研究的对象集中在构件方面，研究的更多是钢管再生混凝土柱的力学性能，在对框架，梁等方面研究的较少；研究的截面形式主要是圆形和方形截面，对异形截面的研究较少；且由于其影响因素较多，在研究过程中容易忽略其加工试件的众多不同分类形式等问题。

6结语钢管再生混凝土结构可促进再生混凝土在土木建筑结构中的应用和发展, 为废弃混凝土资源化提供一条有效的途径。

钢管再生混凝土既能弥补再生混凝土的不足，又具有相当高的承载力，表明钢管再生混凝土在结构上具有相当高的可行性，为以后在工程上的推广应用提供了依据。

研究表明：（1）钢管再生混凝土组合结构能弥补再生混凝土的缺陷，具有一定经济效益，最重要的是起到保护环境的作用，具有较大的研究意义。

（2）钢管再生混凝土的在力学性能方面和钢管普通混凝土相似。

在抗震方面，相关试验表明，试件破坏过程及形态也与普通混凝土柱相似。

（3）利用ABAQUS等有限元软件对钢管再生混凝土柱力学性能进行了分析，能较好的模拟相关实验，得到的应变曲线和试验结果吻合较好。

（4）由于钢管再生混凝土的优点和可行性，推动其标准化和规范化，对我国经济建设和环境保护具有重大意义。

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